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长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating,LPFG)具有制备简单、插入损耗小、易集成、成本低以及对多个环境参量敏感等优点,近些年已成为光纤传感领域最重要的器件之一。采用耦合模理论的分析表明,LPFG中纤芯导模与同向传输的包层模间发生耦合,传输谱中谐振波长和谐振峰深度与外界环境折射率的变化相关。传统的耦合模理论数学形式简洁、物理概念直观等优势已在研究LPFG中离散的导模耦合时充分体现。在探究涉及辐射模的耦合时,辐射模求解过程较为复杂,正交性和归一化等问题难以解决。为了解决这些难题,复耦合模理论将传统耦合模理论拓展到复域,利用离散的准漏模等价表达辐射模,用复耦合模方程统一描述导模、辐射模及其相互间的耦合作用。通过对LPFG复耦合模方程的解析求解,由参与耦合的漏模的衰减常数和模式耦合的耦合系数共同定义“损耗因子”,借助不同取值范围的“损耗因子”定义“耦合状态”,深入探究“损耗因子”在不同“耦合状态”下对传感性能的影响,从而对LPFG中基于辐射模耦合的传感设计提出了优化策略。作为一种新型光纤光栅,手征光纤光栅(Chiral Fiber Grating,CFG)具有类似于普通光纤光栅的频率选择特性。同时,对光纤材料的选择具有较大的灵活性,可以避免强紫外线等强辐射或高温环境对光栅结构造成的破坏,这使其在传感领域的应用潜力受到广泛关注。对长周期手征光纤光栅(Chiral Long Period Grating,CLPFG)折射率传感特性的系统理论分析,将对传感设计有指导性意义。基于CLPFG复耦合模方程的解析求解,探究损耗因子对应的物理意义及其对模式间耦合作用的影响,将有助于发现新现象、揭示新机制、激发新应用。本论文将基于模式选择,对LPFG和CLPFG折射率传感优化设计进行研究,研究内容分为以下四个方面:1)通过对LPFG复耦合模方程的解析求解,深入探究损耗因子对传输特性的影响,从模式选择出发,进一步对LPFG的参数设计进行优化。同时,结合对LPFG高折射率传感实验结果的分析,为光波导器件的优化设计提出了改进策略,从传感灵敏度和传感线性度两个方面提高LPFG中基于辐射模耦合的传感性能。2)基于LPFG高折射率传感优化设计的改进策略,着重讨论了包层模式的角向阶数对光栅参数设计与传感性能的影响。同时,对比分析了使用改进策略前后设计光栅传感性能的变化,当环境折射率从1.47变化到1.55,获得的理论传感分辨率由之前的10-4量级提高到10-5量级。3)包层导模向辐射模转变的临界区域,其有效折射率随环境折射率变化而发生突变,利用这一特性,通过选择模式,设计高灵敏度LPFG低折射率传感器与利用波长检测法的LPFG高折射率传感器。4)利用模式选择,设计CLPFG低折射率传感器并分析其传感特性。通过对CLPFG复耦合模方程的解析求解,根据损耗因子不同的取值范围定义三种不同的耦合状态,并探究在不同的耦合状态下CLPFG的传输特性,为CLPFG中基于辐射模耦合的高折射率传感的优化设计奠定理论基础。