光与金属和电介质微纳结构相互作用的研究是光电子学领域的核心科学问题之一,气孔填充金属线或镀有金属膜的光子晶体光纤(PCF)集表面等离子体共振(SPR)效应和光纤结构灵活设计的双重优点,为新型光电子器件的研制提供了新的载体和突破点。基于SPR技术的PCF偏振滤波器具有体积小、易集成和消光比高的特点,基于SPR效应的PCF传感器具有灵敏度高、检测范围宽的特点。本文用有限元方法设计并数值仿真了多种具有特殊用途的基于金属填充的光子晶体光纤偏振滤波器和传感器;实验研究了基于光子晶体光纤的酒精填充型温度传感器的特性,可为进一步研发填充型光子晶体光纤偏振滤波器和传感器提供重要参考。论文的主要工作如下:首先,设计了两种镀金膜大空气孔调制的高消光比光子晶体光纤偏振滤波器。它们都包含两个镀金膜的大空气孔,结构的不对称性使得两个垂直的偏振态共振位置很好地分开,金膜的存在使得某一偏振方向的损耗远大于与之垂直的另一偏振方向,从而有效地实现了偏振滤波。利用有限元法和模式耦合理论研究了纤芯模与表面等离子体模之间的耦合现象,分析了金膜厚度、气孔直径及气孔中心位置对光纤滤波特性的影响。通过结构参数的调整,在光通信的两个典型波长1.31μm和1.55μm实现了有效的偏振滤波,该偏振滤波器具有结构简单、长度短和高消光比等特点。其次,设计了两种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤宽带偏振滤波器。一种是圆形气孔六边形排列金膜调制型光纤,另一种是椭圆气孔六边形排列金线调制型光纤。采用有限元法和模式耦合理论对这两种滤波器的传输特性进行了研究,并分析了结构参数对光纤损耗和色散的影响。通过优化圆形气孔六边形排列金膜调制PCF的结构参数,当光纤长度为3 mm时,在1.55μm和1.48μm处,消光比分别可达2084 dB和1902 dB。消光比大于20 dB的可应用带宽为1000 nm,从波长1μm到2μm覆盖了整个光通信波段。再次,设计了两种金覆膜的D型光子晶体光纤折射率传感器和温度传感器。通过在D型面上沉淀金层实现表面等离子体共振,金属膜涂覆的均匀性更好,制备工艺更加成熟,同时D型结构光纤为纤芯的光场泄露提供了通道,增强了纤芯模与表面等离子体模的耦合共振强度。采用有限元法数值模拟并探究了光纤D型面上等离子体模与纤芯模之间的共振效应和耦合机理,并进一步分析了光纤结构参数对传感特性的影响。优化设计的D型折射率传感器最高灵敏度可达31000 nm/RIU,检测范围为1.31至1.40;D型温度传感器的灵敏度高达36.86 nm/°C,检测范围为10°C至85°C。同时提出了一种外环镀金光子晶体光纤温度传感器,并对其传输模式和灵敏度进行了研究,该传感器的最高灵敏度为9.11 nm/°C,检测范围为0°C至60°C。最后,对填充型光子晶体光纤温度传感特性进行了实验测试和性能分析。利用课题组自制的七芯、空芯、柚子型和银线光子晶体光纤,填充酒精作为温敏物质进行了温度传感的实验研究。首先利用毛细效应和压差法相结合的方法对光子晶体光纤的气孔进行酒精全填充,然后利用光纤熔接机将填充后的PCF与普通单模光纤熔接,最后搭建光路,测试其输出光谱并分析其传感特性。实验结果表明,七芯光子晶体光纤的温度传感灵敏度为-4.65 counts/°C,空芯光纤温度传感器灵敏度为13.17counts/°C,银覆膜D型柚子光子晶体光纤的温度传感灵敏度为16.32 counts/°C,银线填充的光子晶体光纤的温度传感灵敏度为38.11 counts/°C。其中银线填充光子晶体光纤的灵敏度最高,其次是银覆膜D型柚子光子晶体光纤,体现了基于表面等离子体共振效应的光纤温度传感器的优势。