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近些年来基于光纤光栅（LPFG/FBG）的光器件发展很是迅速，尤其是长周期光纤光栅（LPFG）。LPFG中模式耦合发生在纤芯模和同向传输的包层模之间，它是一种透射型光栅，LPFG比FBG有更好的外界参数（温度、横向应变、浓度与折射率等）灵敏度。随着LPFG制备方法和理论研究的不断发展，以及一些新型结构光栅的出现，使得LPFG在传感与通信领域中的应用越来越受到关注。本文围绕LPFG的模式耦合理论和其传感特性展开研究，通过LP模标量近似法研究了阶跃三层单模长周期光纤光栅的模式耦合理论、各种制备方法，其中我们通过基于波纹状结构的热调谐法和机械微弯法成功制备了长周期光纤光栅，并对其相关特性进行了分析。接着我们提出了几种特殊结构的长周期光纤光栅，包括毛细管长周期光纤光栅、基于SMS结构的长周期光纤光栅、基于表面镀膜的长周期光纤光栅。关于毛细管长周期光纤光栅，我们首先分析了毛细管光纤的几种波导结构,光纤中承载的纤芯模与包层模的模式分析,以及毛细管光纤的截止特性和导引特性；后建立了基于壁中波导型毛细管光纤的LPFG模型，求解出其透射谱并对不同结构参数进行了透射谱分析；最终，通过MATLAB仿真得出此种长周期光纤光栅谐振波长随空气孔内填充物的折射率的变化规律。对基于SMS结构的长周期光纤光栅来说，利用端面耦合理论对多模光纤内激励起的纤芯模式进行分析，发现能量主要集中在前几个模式上，选取能量最大的纤芯模LP03和合适的包层模进行耦合分析，大大简化了多模长周期光纤光栅的耦合模方程计算过程。基于表面镀膜的长周期光纤光栅，通过建立四层阶跃光纤模型，细致分析了纤芯基模和包层模的有效折射率随镀膜厚度的变化，发现随着膜厚度增大到一定程度后，有些包层模会被导引入镀膜层中，这种结构使得待测煤质折射率必须小于包层折射率的局限性消失；随后计算了峰值波长与薄膜厚度的关系，最后利用液相沉积法在光栅包层表面镀一层厚度大约为80nm的TiO2薄膜，并对不同浓度的乙醇气体进行了实验测试。