级联光纤光栅有很多优于单个光纤光栅的特点,级联光纤布拉格光栅和级联长周期光纤光栅在滤波、通信、传感器、激光器光信噪比监测等领域有着广泛的应用。光子晶体光纤免标记生物传感器结合了光纤光栅和免标记的优点,具有结构设计灵活、快速实时检测、操作方便、灵敏度高等特点。本文在近年来光纤光栅的研究和本实验室前期研究的一种基于级联光纤光栅的新型免标记光纤生物传感模型基础上,对级联光纤光栅的传感特性和生物传感特性进行了理论研究和分析,模拟了镀膜级联光纤光栅光谱传输特性,实验证明了级联光纤光栅在浓度检测方面的可行性。论文的主要工作和创新点归纳如下:首先,在对光纤光栅和级联光纤光栅国内外研究基础上,综合多种理论研究特点,介绍有限元法的求解原理,分析耦合模理论和传输矩阵法,并以长周期光纤光栅为例,采用传输矩阵法分析光纤光栅的传输特性。其次,分析利用光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅级联的生物传感系统工作原理和生物传感原理,对其传输谱进行了仿真,研究在级联光纤光栅中光栅周期和调制深度对其反射谱和透射谱的影响。再次,对镀膜级联光纤光栅传输谱进行仿真,研究级联光纤光栅中长周期光纤光栅长度、光栅间距、镀膜厚度和折射率、环境折射率对其反射谱和透射谱的影响。最后,搭建布拉格-长周期级联光纤光栅传感系统,并对该系统的折射率和温度特性进行实验测量,证明级联光纤光栅在浓度传感时具备温度补偿优势。