采用二氧化碳激光制作的长周期光纤光栅是当前光纤通信和光纤传感领域研究的热点之一。二氧化碳激光作为一种不同于紫外激光方法的长周期光纤光栅的制作光源具有成本低，可靠性高，适用光纤类型广泛等优点，基于这种方法制作的长周期光纤光栅引起人们越来越多的关注。本文研究了二氧化碳激光器制作的长周期光纤光栅的特性及相关领域的应用基础研究，包括光栅中的新的非对称模式耦合特性，腐蚀光栅包层对光栅进行模式控制，周期啁啾随步长变化的光栅特性以及级联长周期光纤光栅的偏振及其在可开关三波长掺铒环形光纤激光器中的应用。本研究自行搭建了一个利用连续二氧化碳激光单侧面曝光制作长周期光纤光栅的实验平台，并对平台进行了一些优化，在平台基础上进行了制作长周期光纤光栅的研究。 ⑴利用激光与物质相互作用理论和光纤模式耦合理论，结合有限元分析方法，对激光作用前后的光纤的模式进行了分析，创新性地提出这种光栅起源于光纤在二氧化碳激光作用下形成的非对称模式耦合。这一结论对于二氧化碳激光制作长周期光纤光栅有重要的指导意义，而且这种方法也提供了一种除了倾斜光栅外能够将光耦合到对称性不相同的模式上的新方法，这在模式耦合以及色散补偿及传感方面有重要的作用。 ⑵对长周期光纤光栅包层进行氢氟酸腐蚀的实验研究。非对称模式耦合产生的光栅与通常的对称模式的光栅透射谱不同，而且随腐蚀进行，损耗峰变化情况比较复杂：一方面不同模式耦合的损耗峰的红移速率不一样；另一方面经过一段时间后，一些模式的损耗峰消失。这些现象反映了光栅中存在多个模式耦合(包含非对称模式)，也证实了导致光纤模式变化的非对称的光纤折射率分布集中于光纤包层靠近外层介质处。这个实验实现了一种新型的控制模式耦合的方法。 ⑶利用二氧化碳激光制作了周期随步长变化的啁啾长周期光纤光栅，实现了周期的分段线性啁啾，首次实现了周期的级联线性啁啾以及反对称级联线性啁啾。通过测量光谱，发现通过周期啁啾和折射率啁啾一样，可以实现特殊光谱的整形。对于级联线性啁啾的光栅施加轴向应力，实现了所有损耗峰最大1.6nm的调谐量和-0.559pm/με的斜率。 ⑷在一根普通光纤上利用点聚焦，单侧曝光逐点法制作了级联长周期光纤光栅，并观测到了这种级联长周期光纤光栅的梳状滤波光谱和较强的偏振相关效应。通过理论分析，我们提出级联光栅增强了单个光栅的偏振特性，并且创新性地将这样的级联光栅置于环形掺铒光纤激光器中，通过控制腔内偏振抑制了激光器的模式竞争，实现了三波长的任意可开关组合。这是一种我们所知的非常简单的实现三波长开关激光器的方案。