基于模式干涉的光纤传感器具有结构紧凑、灵敏度高、易于制备等优点,在折射率、温度、湿度、应力、磁场等参量的传感方面有着巨大的应用潜力,近年来获得了研究人员的广泛关注。本论文以多模干涉为基本理论,以单模-无芯-单模（SMF-NCF-SMF,SNS）光纤结构为基础,通过创新传感方法、材料和结构,发展了超高灵敏且结构紧凑的温度传感器、具有大线性响应范围和高灵敏的湿度传感器,探索了复合型光纤传感结构的温湿度同时检测方法。本论文的内容阐述如下。（1）基于SNS结构的光纤传感器的理论研究。分别利用模式分析法和光束传播法对SNS结构的多模干涉进行了分析,对相关公式进行了推导。理论研究了NCF直径、披覆层折射率、披覆层长度等参数对传感器性能的影响,并得到了相关结论,为后续工作提供理论基础。（2）基于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的超高灵敏且结构紧凑的温度传感器。该传感器由表面涂覆有PMMA层的SNS光纤结构构成,利用PMMA的高折射率和大热光系数,温度灵敏度得到显著提高。系统研究了PMMA和NCF长度对灵敏度的影响,结果表明灵敏度由PMMA在NCF上的涂覆比例决定且两者呈正比例关系。基于此结论,制备了NCF长度为5 mm、PMMA长度为3 mm的紧凑型传感器,在25-45°C温度范围内灵敏度高达-9.582 nm/°C。进一步减小NCF长度并同时增大PMMA涂覆比例,传感器灵敏度有望得到进一步的提升,结构更加紧凑。（3）复合材料修饰的大线性响应范围和高灵敏的湿度传感器。该传感器通过将氧化石墨烯和甲基纤维素的复合材料修饰在SNS结构表面来获得。系统研究了单一材料和复合材料修饰传感器的湿度响应,结果表明:单一的氧化石墨烯修饰时可获得大范围的线性响应,但是灵敏度低;单一的甲基纤维素修饰时可获得较高的灵敏度,但线性响应范围小;采用两者的复合材料修饰时,则可同时获得大线性范围和高灵敏的湿度传感,在40-90%RH的线性响应范围内灵敏度达到0.453 nm/%RH。（4）级联SNS光纤复合结构的温湿度同时传感研究。该传感器由氧化石墨烯和甲基纤维素复合材料修饰的SNS结构和聚二甲硅氧烷披覆的SNS结构通过级联而构成,阐述了传感器的设计和制备方法,对传感器进行了测试,通过构建解调矩阵的方法,获得对温度和湿度的同时传感。测试结果表明所制备的传感器在25-45°C的温度范围内灵敏度达到-0.083 nm/°C,在40-90%RH的湿度范围内灵敏度为0.124 nm/%RH。