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折射率作为物质的重要光学参数之一,对它的测量可有效反映出物质的浓度、糖度和pH值等物理特性。因此,折射率传感技术被广泛地应用在特殊物质的鉴别、溶液浓度的检测和食品质量的控制等领域。多年以来,光纤折射率传感器因具有轻巧灵敏、抗电磁干扰、可远程操作等优点而被广泛研究。目前,绝大部分光纤折射率传感功能都是在石英光纤上实现的,但是,石英材料的质地坚硬、韧性差,使得对其进行结构修饰和改造比较困难。而塑料光纤质地柔软,可塑性强,易于光纤结构的修饰和改造,因而在折射率传感技术方面受到广泛关注。此外,商用塑料光纤的大芯径尺寸,使其与光源、探测器的耦合对准非常容易,是实现结构简单、价格低廉的折射率传感器的理想光纤材料。光纤长周期光栅（LPG）能够将光纤中传输的芯层模耦合为包层模,从而在特定波长处引起损耗,而包层模极易受到外界环境变化的影响。因此,LPG是一种对外界环境折射率变化极为敏感的光学器件。因此,本文对商用塑料光纤进行了周期性结构修饰,提出了基于表面皱褶LPG和螺旋形结构的两种塑料光纤折射率传感器,并分别对这两种结构塑料光纤的折射率传感特性进行了研究,得到的主要结果如下:采用机械压模技术,在塑料光纤上压制了表面皱褶LPG,并通过透射光谱和散射光照相法对所制备LPG的光传输特性进行了表征。结果显示,多模塑料光纤表面皱褶LPG的透射光谱无明显的共振特征损耗峰,光波通过LPG将产生损耗。在较细的塑料光纤上制备的具有较短周期的LPG引起的光传输损耗更大,这与理论模拟结果基本相符。对LPG折射率传感特性的研究结果表明,在较细的塑料光纤上制备的具有较短周期的LPG具有更好的折射率传感特性,并且增加表面皱褶沟槽的深度可以提高折射率灵敏度。此外,对倾斜LPG的折射率传感特性也进行了研究。结果表明,增加倾斜角度可进一步提高灵敏度。对于制备在直径为0.25mm塑料光纤上的LPG,当光栅周期为100μm,沟槽深度为65μm,长度为20mm,而且倾斜角度为20°时,在折射率从1.33到1.45的测量范围内,获得的最高灵敏度为2815%/RIU,分辨率为1.39×10-4RIU。另外,我们还研究了这种LPG折射率传感器从20到60℃的温度变化范围内的温度依赖特性,并给出了温度补偿方法。在D形和U形塑料光纤上引入表面皱褶LPG,分别制备了LPG辅助D形和U形塑料光纤,并研究了它们的折射率传感特性。结果显示,在D形和U形塑料光纤上再辅助于LPG,可以明显地提高折射率测量的灵敏度。对于LPG辅助D形塑料光纤,在直径较细的塑料光纤上制备的LPG辅助D形结构表现出了更好的折射率传感特性,其在1.33到1.40和1.40到1.45的折射率测量范围内获得的灵敏度分别为2676%/RIU和9786%/RIU。而对于LPG辅助U形塑料光纤,在较粗的塑料光纤上制备的LPG辅助U形结构具有更好的折射率传感特性。当光纤带包层时,其最高灵敏度可达1087%/RIU,折射率测量范围为1.33到1.40;对于去包层的LPG辅助的U形塑料光纤,其灵敏度为708%/RIU,虽低于带包层时的灵敏度,但是其折射率测量范围被扩展到从1.33到1.45。另外,我们还研究了温度变化对D形和U形LPG辅助塑料光纤折射率传感特性的影响。采用热压和扭曲的方法,将塑料光纤制备成螺旋形结构,并分别研究了它的折射率和液位传感特性。研究发现,用较薄的扁平形塑料光纤扭制而成的螺旋形光纤,具有更好的传感特性,并且去包层会明显提高折射率和液位的传感灵敏度。对于折射率传感,当螺旋形塑料光纤的长度为15mm,螺距为2mm时,其最高折射率测量灵敏度可达4399%/RIU。对于液位传感,当螺距为3mm时,其在水中的最高液位测量灵敏度为0.52dB/mm,分辨率为0.02mm。另外,还研究了螺旋形塑料光纤的吸水特性对液位传感特性的影响。结果显示,材料的吸水性不可忽视。