海洋环境的稳定不仅对海洋生态系统具有重要意义,其变化也会对于海洋产业产生巨大的影响。海水作为构成海洋环境最主要的部分,海水的温度、p H、折射率等变化可以在很大程度上反映出海洋环境的变化,因此对海水进行监测十分必要。长周期光纤光栅(Long Period Grating,LPG)对温度、应变以及折射率变化均能产生响应,同时还具有耐腐蚀、环境适应性好、抗电磁干扰等优点,既可以单点监测也可以实现准分布式监测,非常适合用于海水环境监测。本文对长周期光纤光栅的设计参数进行了模拟,结合级联结构和镀膜技术来获得更好的传感性能。针对海水环境耦合提出了一种消除交叉敏感的思路,并利用光纤熔接技术设计了一种准分布式传感方案,主要研究内容如下:(1)介绍了长周期光纤光栅理论,研究了折射率调制深度、栅区长度、光栅周期以及光栅倾角对LPG透射谱的影响。提出光栅级联结构,通过改变间隔光纤的长度、光栅的相对长度、光栅数目和光栅倾角来调整级联光栅的输出光谱,为其在传感上的应用提供理论指导。(2)将海水温度、海水压力、海水折射率以及海水p H值作为海水监测的对象。通过模拟分别得到了LPG和级联长周期光纤光栅(Cascaded Long-Period Grating,CLPG)的温度、应变、折射率传感特性,分别用作海水温度、海水压力和海水折射率的测量。通过对比后发现CLPG有更高的传感分辨率,而光栅倾角的引入可以为传感灵敏度带来约4倍左右的提高。(3)找到了获取最优镀膜厚度的方法,当薄膜厚度处于模式转换区范围内时,LPG拥有远高于未镀膜情况下的折射率灵敏度。以水凝胶作为敏感材料,实现了对海水p H值的传感监测,其灵敏度约为156.31 pm/p H。利用封装结构和参量补偿解决了不同监测对象间的交叉敏感问题。基于光纤熔接技术,利用光栅周期对谐振波长的调控作用设计了一种准分布式LPG,每个LPG的谐振波长处于不同的区间,不会发生波长重叠现象。