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近年来,在长周期光纤光栅（LPFG）的研究过程中,研究人员正逐步意识到普通均匀长周期光纤光栅单一的透射谱形状使其在光纤通信和光纤传感的应用上已发展到一个瓶颈阶段,要突破这个瓶颈,使长周期光纤光栅具有更为广泛的发展空间和应用前景,就必须尝试写出能适应各种通信和传感要求的具有不同谱线形状和光学特性的特种LPFG。目前,人们已经提出了一些非均匀光纤光栅结构,如相移光纤光栅、啁啾光纤光栅、高斯光纤光栅、变迹光纤光栅、超结构光纤光栅、倾斜光纤光栅、拍频光纤光栅等。论文在课题组先前提出的旋转折变型长周期光纤光栅（RLPFG）的基础上,结合非均匀长周期光纤光栅-相移光栅和级联光栅的相关理论,制作出了相移拍频长周期光纤光栅（PS-RLPFG）和基于旋转折变型长周期光纤光栅的马赫曾德干涉仪（RLPFG-MZI）,并对其外界环境响应特性做了实验研究和理论分析。论文的主要工作和结论如下:1.首先简要介绍并分析了均匀长周期光纤光栅的经典理论-耦合模理论和传输矩阵理论。然后对结构本质一致的三种光栅-长周期莫尔光纤光栅、超结构光栅、拍频光栅从理论方面进行了分析比较。最后对均匀长周期光纤光栅、相移长周期光纤光栅、级联长周期光纤光栅进行了传输谱和参数优化分析,为后续光纤器件制作的章节提供了理论上的参考依据。2.采用计算机控制的高频CO2激光脉冲写入装置,在扭曲单模光纤上写入了相移长周期光纤光栅（相移拍频长周期光栅,R-PS-LPFG）:（1）讨论了引入不同相移以及不同扭曲周期对传输谱特性的影响;（2）根据实验需要,选择相移为π,扭曲周期ΛT=24mm的相移拍频长周期光栅（π-R-PS-LPFG）作为研究对象。当扭曲应力释放后,拍频效应和相移发生作用,产生四个相邻的损耗峰; （3）通过实验研究和理论分析相结合,对扭曲周期ΛT=24mm的π-R-PS-LPFG的温度、轴向应变、偏振相关损耗特性进行了研究。3.在旋转折变长周期光纤光栅（RLPFG）的基础上,将两个RLPFG进行级联制作出马赫曾德干涉仪（RLPFG-MZI）。（1）理论分析了这种干涉仪的光学特性和折射率传感原理;（2）对影响RLPFG-MZI干涉谱的制作参数进行了分析和实验研究;（3）随后的RLPFG-MZI折射率实验结果表明,这种结构简单的干涉传感器在1.33-1.36折射率区间表现出很好的线性响应,并且对于光栅旋转角度为CG=130°的RLPFG-MZI,其折射率灵敏度可达到14.7pm/mm（0.01RI,和溶液的作用长度为40mm）,是普通LPFGs形成的MZI的3.5倍（4.2pm/mm）;（4）对RLPFG-MZI的温度特性进行了实验研究和理论分析。综上所述,本文通过设计制作出级联旋转折变型长周期光纤光栅,实现了一类复杂谱线的光纤光栅结构,并对这种光栅进行了理论分析和外界环境响应特性的研究。另一方面,由于级联旋转折变型长周期光纤光栅具有独特的光学特性,因此这种光栅结构可广泛应用于光纤通信和光纤传感系统中,如粗波分复用器CWDM,可调谐环形激光器,波长可控光栅型耦合器等。因而,本课题具有重要的学术意义和潜在的社会和经济效益。