根据分析光纤的两种光纤介质模型：两层介质模型和三层介质模型及长周期光纤光栅（LPFG）传感理论，研究了不同包层半径下，长周期光纤光栅对外界环境折射率、温度、轴向应变的传感灵敏度，并对其传感特性进行了分析。此外，基于马赫-曾德尔干涉仪提出了一种级联的长周期光纤光栅温度传感器结构，并根据长周期光纤光栅的耦合模理论及传输矩阵分析法对其传感特性进行了仿真分析。本文的主要研究内容包括：（1）为了更加准确的研究长周期光纤光栅的传感特性，为各类传感器的分析与设计及交叉敏感问题的解决提供指导，本文依据两种光纤介质模型下纤芯模的本征方程仿真分析了单轴晶体光纤的两层介质模型与三层介质模型下所得到的纤芯模有效折射率的差别，并基于该差别对长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变传感灵敏度进行了仿真分析。结果表明：对于薄包层光纤，两层、三层介质模型光纤的纤芯模有效折射率有较大差别；用两层介质模型和/或材料的折变系数计算所得的长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变灵敏度有较大的误差，需应用三层介质模型以及模式的有效折变系数进行准确地计算。据此计算了上述三种传感灵敏度与光纤包层半径及包层模序数之间的关系，并进行了实验研究。结果表明：包层半径一定时，由于不同包层模的波导色散因子正负极性的变化，使得外界环境折射率灵敏度、温度灵敏度、轴向应变灵敏度均出现变号。包层模序一定时，随着包层半径的减小，外界环境折射率灵敏度增大、温度灵敏度减小、低阶包层模的轴向应变灵敏度增大、高阶包层模的轴向应变灵敏度减小。（2）为了解决单个长周期光栅的透射谱带宽相对较大，一定程度地限制了长周期光栅的温度灵敏度与测量精度的问题，并实现波长的可调谐，基于马赫-曾德尔干涉仪提出了一种级联的长周期光子晶体光纤光栅的温度传感结构，并依据长周期光纤光栅的耦合模理论及传输矩阵法对该结构的温度传感特性进行了仿真分析。该结构通过在光子晶体光纤上间隔一定距离写入两段级联的长周期光栅，并在光子晶体光纤空气孔中填充液体乙醇，实现对温度的传感。通过控制乙醇的温度，可以改变光栅耦合模式的有效折射率，进而改变光栅透射谱的谐振波长，使得温度的变化表现为光谱的偏移，从而实现波长可调谐的温度传感器。结果表明：光栅传输谱的三个透射峰值随温度的升高表现为良好的线性增长特性。与单根光栅结构相比，级联光栅结构传输谱中单个透射峰的带宽减小了，从而提高了传感测量精度。