各种特殊结构和复杂结构的光纤光栅以其独特的光谱特性以及可集成性能好等优势将在各种光有源和无源器件中扮演重要的角色,在光通信和传感领域中发挥重要的作用。本论文对几种特殊结构的光纤光栅进行了深入研究,发现一些具有潜在应用价值的新特性,提出了理论分析方法上的改进以及新的应用,取得的主要创新成果如下:1.将谐振理论与传输矩阵法相结合,分析并实验验证了啁啾相移光纤光栅区别于并优于普通均匀相移光纤光栅的特有性质:可实现信道间隔均匀、各信道均衡的理想透射型梳状滤波器,将在多通道滤波、多波长光纤激光器方面具有很好的应用潜力和前景。为了满足不同透射型滤波要求,提出在啁啾相移光纤光栅相移点两侧分段切趾的方法:改善了滤波器的幅度和相位响应,降低了制作难度,提高了啁啾相移光纤光栅滤波器设计的灵活性以及制作的可行性。2.采用移动相位掩模板二次曝光法,通过控制位移量制作了具有不同透射峰数量的啁啾莫尔光纤光栅。利用啁啾莫尔光纤光栅和半导体光放大器(SOA),提出一种简单的环腔结构光纤激光器,实现了室温下稳定的多波长同时输出。由于啁啾莫尔光栅较窄的频率选择特性,比应用其它滤波器件的激光器获得了更高的光信噪比和更窄的线宽;且具有良好的波长和功率稳定性。3.提出一种利用啁啾莫尔光纤光栅和可调窄带均匀光纤光栅的掺铒光纤环腔激光器结构,实现了多个波长的可选调谐输出。每个波长的激光输出都具有良好的波长和功率稳定性,以及高的光信噪比,且各信道出光功率均衡。通过在环腔结构中引入可调谐光纤环镜滤波器进行改进,在保证波长和功率稳定性的前提下,大幅提高了输出激光的信噪比,分析了性能改善的原因;改进后的激光器不需要光环形器的辅助,进一步降低了成本。4.针对闪耀光纤光栅中的辐射模耦合,首次提出了一种简化的CMT方法。通过对相位匹配条件和耦合模方程相位项的分析,简化了完整CMT方法中复杂的二元微分耦合模方程组,并将其适用范围拓展到倾斜角度大于45度的情况,最终推导出一个适用于各种倾斜角度闪耀光栅的简单公式,用以分析闪耀光纤光栅的损耗谱特性。通过与完整CMT方法和VCM方法仿真结果的比较,验证了简化CMT方法的有效性和准确性。5.利用简化CMT方法,对闪耀光栅中的辐射模耦合进行了详尽的分析,比较了不同光栅参数下损耗谱特性的变化;基于对闪耀光纤光栅中辐射模耦合的偏振依赖特性分析,讨论了如何通过适当的参数设计对偏振消光比和插入损耗折中考虑来获得高性能的偏振器。