本发明公开了一种小体积二维矢量光纤倾角传感探头，第一传感结构包括的第一单模光纤、聚合物微空心柱和第一石英柱依次连接，第二单模光纤、聚合物微球和第二石英柱依次连接，两个单模光纤平行布置且一端与光纤耦合器连接，在聚合物微空心柱内形成第一法布里‑泊罗干涉腔，在聚合物微球内形成第二法布里‑泊罗干涉腔。通过上述优化设计的小体积二维矢量光纤倾角传感探头，当检测面倾斜时，石英柱的重力对聚合物微空心柱和聚合物微球的拉伸作用发生变化，由于相对于聚合物微球，聚合物微空心柱在两个方向上具有各向异性，进而通过倾角变化对法布里干涉腔的腔长进行调制，实现二维矢量光纤倾角探测；结构紧凑、使用灵活，基于聚合物材料，大大提高灵敏度。