大规模光纤传感网络的迅速发展,使得传统的分立光纤器件构建这样的网络不仅技术上遇到障碍,而且在制造技术上也遇到越来越大的困难。光纤光栅技术的发展,为大规模光纤传感网络的构建提供了一种便于工业化生产的方式。在这些系统中,光纤光栅已不仅仅是一种单一的波长器件或传感单元,而是作为一种大规模光纤传感系统的功能器件和制造工艺技术在工业领域得到应用。随着光纤光栅应用技术的不断发展,各种不同结构、不同功能和多功能集成的光纤光栅器件不断涌现,使得构建具有更复杂功能和更良好性能的光纤光栅传感网络成为可能。这为光纤光栅和相关系统应用开拓更大领域的同时,也为基础理论研究提出了一系列新的课题,对其研究必须发展新的理论和实验研究方法。本文以大规模光纤光栅传感阵列为背景,对单根光纤上制作多组光纤光栅的系统理论、制造技术和测试技术进行了深入研究。对具有复合功能的光纤光栅耦合器、光纤光栅偏振器以及微纳光纤光栅进行了理论和实验研究,这些新型器件将为大规模光纤光栅传感网络的发展提供新的支撑。本论文的主要研究结果和创新点如下:1.对单根光纤上多组光纤光栅复合系统进行研究,突破制造技术和单根光纤上多组低反射率光纤光栅独立性能的在线实时监测技术,解决了光纤光栅传感网络的制造和应用的关键基础问题。2.研制成功了光纤光栅耦合器,这种复合功能器件具有特殊的波长选择性和传输特性,在复杂全光纤网络的上、下行节点上有重要应用,是构建更加复杂的光纤光栅传感网络的重要节点。3.提出一种小型化的集成功能器件--光纤光栅偏振器,通过建立三维复合波导模型,分析了光经过此波导的偏振特性,采用特殊工艺制作了保偏光纤光栅偏振器,并将其应用于环形腔光纤激光器,替代两个组合器件,实现了单偏振单纵模输出。光纤光栅偏振器的应用,将使复杂光纤光栅传感网络具备偏振控制能力。4.研制了新型的微纳光纤光栅器件,进行了此类器件的微拉力和化学参量传感,实现了比普通光纤光栅高156倍的40.001nm/N高灵敏度微拉力测量和可以区分0.038%质量浓度变化的高灵敏度盐溶液检测。微纳光纤光栅的使用,将进一步促进其小型化和提高光纤光栅传感网络的灵敏度。