近年来,窄线宽光纤光栅激光器以其单频、窄线宽、超低噪声、抗干扰性强以及超高单色性、超高相干性等特性而被广泛地应用于现代信息社会之中,如在光纤通信系统、光纤传感器、相干激光雷达、微波光子系统以及太赫兹等领域。本文系统地研究了一种利用有源相移光纤光栅作为谐振腔的窄线宽光纤激光器,并探索其在传感领域的应用。本文在相移光纤光栅的理论仿真及制备、光纤激光器谐振腔结构优化与线宽测试、激光器双折射调控与偏振特性、高双折射窄线宽光纤激光器的传感应用等方面开展了研究工作。论文的主要内容包括:1.研究了紫外激光相位掩模板扫描法制备光纤光栅技术成功设计并搭建了紫外激光相位掩模法制备光纤光栅实验装置,系统研究了光纤光栅的制备工艺,通过静态相位掩模板法和动态相位掩模板法在载氢光纤上成功写制高质量的均匀光纤光栅（FBG）,反射率达99%以上,研究了不同光栅长度、不同光栅反射率下的光栅带宽。另外,利用紫外激光遮挡相位掩模板扫描法制备了高质量的相移光纤光栅（PS-FBG）,通过不同扫描速度、不同扫描长度实现不同相移量的PS-FBG的制备,其相移峰的3 dB带宽小于4 pm。基于光纤光栅的耦合模理论和传输矩阵理论对FBG和PS-FBG的光谱特性进行理论仿真,分析了光纤光栅长度、纤芯折射率调制对FBG和PS-FBG的光谱影响,通过理论分析和实验相结合的方法,归纳总结了FBG和PS-FBG的制备参数。2.实现一种基于对称阶跃型相移光纤光栅的窄线宽光纤激光器利用紫外激光相位掩模板扫描法在有源掺铒光纤上制备出π相移光纤光栅,获得了高性能的分布反馈（DFB）光纤激光器。针对DFB光纤激光器的输出性能,进行了全面分析和测试,包括泵浦阈值功率、斜率效率、工作稳定性、激光线宽特性等。为提高DFB光纤激光器的斜率效率,对PS-FBG的结构进行优化,提出了对称阶跃型PS-FBG的结构,该结构的相移区两边纤芯折射率呈对称阶跃分布,可以有效提高DFB光纤激光器的输出功率,实验测得对称阶跃型DFB光纤激光器的斜率效率高于均匀型DFB光纤激光器。该DFB光纤激光器具有窄线宽特性（2.6 kHz）和很高的工作稳定性（经24小时长期工作后,激射激光的中心波长和输出光功率波动分别小于12 pm和0.13 dB）。3.提出并实现窄线宽光纤光栅激光器的两种偏振调控技术利用光纤侧边抛磨技术和飞秒激光直写应力柱技术实现了光纤光栅激光器的偏振调控。首先,搭建了光纤侧边抛磨系统,通过对光纤光栅激光器的谐振腔（即有源PS-FBG）进行侧边抛磨,可以连续改变PS-FBG的双折射,进而实现偏振拍频调控,研究了抛磨厚度、抛磨粗糙度和抛磨方向对激光偏振拍频的影响,实现拍频信号从475.5 MHz至2080.4 MHz范围内调控。同时,提出一种单偏振DFB光纤激光器的制备方法,通过光纤侧边抛磨技术改变光纤激光器其中一个偏振态的激射阈值功率,在一定泵浦功率范围内保证只有一个偏振态可以正常激射,从而实现光纤激光器单偏振工作。另外,搭建了一套飞秒激光直写应力柱系统,利用800 nm飞秒激光在有源光纤的包层内直接写入应力柱,实现光纤光栅激光器的偏振调控。通过引入直线型应力柱和锯齿型应力柱,在光纤光栅内引入的双折射大小可达到商用保偏光纤如熊猫光纤的双折射量级(3.0×10-4)。利用该技术实现了光纤光栅激光器在121.1 MHz至3393.4 MHz范围内的偏振拍频调控。4.研究了双偏振光纤光栅激光器的传感特性首先,利用基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅作为传感单元,实现应变和温度双参数同时测量。利用光栅中心波长和双偏振模波长差两个参量进行解调,实现应变灵敏度1.24 pm/με和2.14×10-2 pm/με,温度灵敏度9.52 pm/°C和0.13pm/°C。其次,研究了一种基于飞秒激光直写双应力柱结构的高双折射光纤光栅激光传感器,通过监测光纤光栅激光器的偏振拍频信号和激射波长实现了应变和温度的同时测,应变灵敏度分别为34.5 kHz/με、1.25 pm/με,温度灵敏度分别为684.6 kHz/°C、11.5 pm/°C。另外,研究了光纤光栅激光器对横向压力传感特性,通过监测光纤光栅激光器的偏振拍频信号实现横向压力测量。实验结果表明:该光纤光栅激光传感器对横向压力的响应具有明显方向性,对横向压力响应的灵敏度最高达132.89 MHz/（N/mm）。本文从模拟仿真、系统构建、器件加工、性能测试等方面,系统研究了窄线宽光纤光栅激光器的设计、构建、优化与应用,研究成果对于光通信领域作为理想相干光源有重大的学术意义,对于光纤激光传感技术领域有巨大的应用价值。