微结构光纤横截面上具有独特的微结构分布，通过灵活地设计，可以实现无截止单模、大模场面积、高非线性等优异的导光特性。此外，微结构光纤包层中的空气孔，为将功能材料引入光纤内部提供了空间和有利条件，为实现光纤材料集成技术开启了一扇崭新的大门。利用微流材料集成技术，可以自由地将功能材料集成到微结构光纤的一个、数个或是全部空气孔中。利用功能材料对温度、电场、磁场、光场等物理参量的高灵敏度响应，可以实现对微结构光纤导光特性的调控，从而设计出多功能、高性能的光纤光子器件，广泛地应用于光通信、光传感和非线性光纤光学等领域的研究。同时，将微结构光纤与生物、化学材料相结合，也可以挖掘其在生物分子检测或是化学反应监测等交叉学科领域的应用潜力。　　本文结合国家973计划、国家自然科学基金、天津市自然基金重点等项目的研究内容和目标，利用微结构光纤微流材料集成技术，将多种具有独特性质的微流材料与微结构光纤相结合，实现了可调谐滤波器件、光纤传感器、光纤全光开关等光纤光子器件，并结合理论分析与实验研究，对藉由微流材料集成所引入的新型控制机理和导光特性进行了诠释。论文的主要研究工作和创新性成果如下:　　1、利用有限元分析方法，理论分析了选择性微流注入高双折射微结构光纤的可调控双折射特性。基于微流材料集成高双折射微结构光纤的双折射可调谐特性，提出其在光通信和光传感领域的应用潜力。　　2、基于单孔微流材料集成高双折射微结构光纤，发现、研究并诠释了其谐振区域最强共振点附近的导光特性和调谐机制。利用模式耦合理论，分析了纤芯基模和液芯高阶模式之间耦合的具体过程，并提出最强共振点这一特殊位置的存在。对最强共振点附近的偏振相关性、谐振峰分布、中心区域形状、温度响应和轴向应力响应等特性进行了数值模拟及实验研究。实验中在部分谐振峰波长位置实现了约20dB的偏振消光比，并对谐振峰温度灵敏度和轴向应力灵敏度进行了测量，分别为约-5.5nm/℃和3pm/με。基于该光纤所具有的特性，提出了其在可调谐光纤偏振滤波器和双参量传感方面的应用。　　3、基于微流材料集成光子带隙光纤，提出并实现了两种新型光纤全光开关机制。首先，对微流材料集成光子带隙光纤的温度特性进行了研究，并利用532nm激光对材料集成微结构光纤进行侧向的照射，在超过200nm的带隙波长范围内实现了消光比大于20dB、开关响应时间约500ms的光开关效应。通过深入的理论和实验研究，揭示了该光开关效应的产生机理。之后，基于光子带隙光纤超模激发的原理，实现了一种基于离子液体的全光纤全光开关。在离子液体集成光子带隙光纤透射谱的多个波长位置，观察到了光开关效应，并根据离子液体所具有的高非线性系数，提出进一步缩短开关响应时间的可能性。　　4、研究了几种基于液晶集成微结构光纤的可调控光器件。首先，在单孔液晶集成微结构光纤中，观察到了谐振区域的非线性温度响应。在温度从84℃上升到85℃过程中，观察到谐振峰值漂移超过70nm，并在1490nm处观察到了消光比大于20dB的光开关效应。之后，研究了两种基于液晶集成光子带隙光纤的光开关，观察到液晶材料具有降低光开关阂值功率、增大透射谱的光响应这一特点。最后，在直流高电压击穿的空气层中，观察到液晶集成光子带隙光纤的光开关效应，该光开关效应具有大消光比、可重复的特性。通过对比实验，对该光开关的机理进行了初步探究。