W niniejszej pracy przedstawiono kompaktowy czujnik światłowodowy oparty na dwóch przezroczystych cienkich warstwach (układ dwuwarstwowy) osadzonych na czole światłowodu jednomodowego, w którym warstwa wewnętrzna i zewnętrzna pełnią odpowiednio funkcję reflektora dielektrycznego oraz wnęki interferometru Fabry’ego–Perota. W szczególności omówiono wpływ właściwości reflektora z punktu widzenia zastosowań w czujnikach współczynnika załamania oraz biosensorach bez znaczników (label-free). Rozszerzona analiza numeryczna odpowiedzi widmowej układu dwuwarstwowego wykazała istnienie optymalnych właściwości reflektora dla interferencji niskiego rzędu oraz detekcji w dowolnie wybranym zakresie widmowym. Wybrane wyniki numeryczne zweryfikowano eksperymentalnie z wykorzystaniem warstw tlenku hafnu (HfO₂) oraz tlenku krzemu (SiO₂), osadzonych odpowiednio jako reflektor i wnęka. Dla odpowiednio zaprojektowanego reflektora możliwe jest uzyskanie dobrze zdefiniowanego spektralnie minimum interferencyjnego w widmie odbiciowym. Śledzenie jego długości fali zapewnia czułość na zmiany grubości wnęki SiO₂ przekraczającą 5,6 nm/nm. Wysoka czułość oraz niewielkie rozmiary czujnika (125 µm średnicy czoła) stanowią istotne zalety w zastosowaniach biosensorycznych, zwłaszcza w przypadku małych receptorów lub analitów. W celu potwierdzenia funkcjonalności podejścia w detekcji bez znaczników, powierzchnię czujnika sfunkcjonalizowano aptamerami DNA i z powodzeniem wykorzystano do wykrywania małych analitów, takich jak wybrane jony metali ciężkich, przy granicach detekcji niższych niż wartości wskazywane przez Światową Organizację Zdrowia dla wody pitnej. Opracowana technologia ma charakter uniwersalny zarówno pod względem materiałowym, jak i aplikacyjnym. Umożliwia niskokosztową produkcję masową elastycznych i wysoce czułych czujników oraz biosensorów bez znaczników.