微纳光纤是一种直径尺度为微纳米级别的纤维波导。由于其直径接近或小于传输光波长,而且包层与纤芯折射率差大,使其具备很多与普通光纤不同的特性。特别地,由于其具有强倏逝场耦合特性和特殊的模场特性,微纳光纤在光通信,光纤传感、光纤激光器、量子光学和非线性光学中有着广阔的应用前景。本论文对微纳光纤的光学特性、制备方法和国内外最新研究进展进行了综述;理论分析了微纳光纤的的强倏逝场耦合特性和模场特性;基于这两种特殊的光学特性引申出两种微纳光纤器件:模式选择耦合器和微纳光纤环形结,着重研究了模式选择耦合器和微纳光纤环形结两种微纳光纤器件及其在光纤激光器谐振腔内的模式选择与调控特性,具体研究内容如下:1.基于光波导理论,研究了微纳光纤的强倏逝场特性和模式特性;利用耦合模理论分析了单模光纤中的基模向少模光纤中的高阶模转换的相位匹配条件;基于有限元算法计算了模式有效折射率随光纤直径的变化关系,得到了单模光纤中基模和少模光纤中高阶模实现相位匹配时光纤直径的匹配条件,利用波束传播法仿真验证相位匹配条件,即单模光纤和少模光纤在满足相位匹配条件下的模场分布和模式间的功率转换关系;基于理论模型和仿真结果,结合熔融拉伸法实验制备了工作波长分别为1550 nm和1064 nm高性能的模式选择耦合器,并且提出了一种新型的无预拉制备1064 nm波长模式选择耦合器的方法,大大简化了制备工艺和提高了器件性能。2.将实验制备的模式选择耦合器应用于光纤激光器中对光纤激光器谐振腔进行横模的选择和调控,实现了一种新型的柱矢量光纤激光器,其径向偏振光和角向偏振光的模式纯度都大于90%。结合光纤激光器中锁模和调Q技术,分别实现了基于模式选择耦合器的8字腔锁模柱矢量光纤激光器、基于模式选择耦合器的主动调Q柱矢量光纤激光器和基于模式选择耦合器的被动锁模柱矢量光纤激光器。3.基于耦合模理论和环形波导谐振腔理论,研究了微纳光纤环形结传输透射函数;利用MATLAB对微纳光纤环形结传输透射函数进行仿真建模,分析了其传输特性;利用熔融拉伸法制备微纳光纤环形结,并对其光传输特性进行了测试;将微纳光纤环形结应用于光纤激光器中,基于游标效应对光纤激光器谐振腔内纵模的调控和选择,实现了一种新型的可调谐单纵模光纤激光器,其波长范围在1545-1565 nm内都可以实现稳定的单纵模激光输出。