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光纤光栅是一种性能优异的光无源器件，在光纤通信和光纤传感领域具有非常重要的应用价值。近年来，随着光纤光栅制作技术的不断进步和研究的不断深入，各种结构新颖、性能各异的新型光纤光栅发展迅速。超长周期光纤光栅是一种结构新颖的光纤光栅，由于其模式耦合主要发生在纤芯基模与同向传输的高阶包层模式之间，这种光栅由于对加工精度要求较低，对外界环境具有较高的灵敏度，因此在光纤传感及可调谐滤波领域具有广泛的应用前景。
本文研究内容来源于国家自然科学基金和天津市自然科学基金项目，在继承前人的基础上，系统研究了超长周期光纤光栅的基本理论及其传感理论，设计并实现了多种结构的超长周期光纤光栅，并且对其传输谱特性及传感原理进行了系统分析，主要研究工作和创新性成果包括：
1．基于耦合模理论对超长周期光纤光栅的模式耦合特性进行了分析，并给出了模式耦合的相位匹配条件和损耗峰中心波长与其阶次的关系；基于傅里叶变换分析方法，对均匀与非均匀折射率调制的超长周期光纤光栅进了频谱分析，给出了纤芯基模与包层模式耦合产生高阶谐振峰的理论依据；
2．介绍了光纤光栅的写制方法，基于高频CO2激光脉冲写制平台，搭建了超长周期光纤光栅写制平台，在普通单模光纤上写制了多种结构的超长周期光纤光栅，并对光栅写制的机理进行了分析。
3．基于成熟的CO2激光脉冲写制平台，改造搭建了能够写制具有螺旋型折射率调制的光纤光栅并且成功进行了写制。观察到在螺旋型超长周期光纤光栅中，谐振峰波长分裂的间隔不仅与光栅的扭转率有关，而且与包层模式的闪耀阶次有关；由于扭转会对光栅的折射率调制、等效栅格周期等参数产生较大影响，因此谐振峰的强度与波长位置对扭转应力都极为敏感；
4．介绍了光纤与碳纳米管相结合的应用，提出基于碳纳米管涂覆光纤光栅的新型气体传感装置；采用碳纳米管悬浊液快速挥发法在光纤光栅表面成功涂覆了碳纳米管，测试了经过涂覆以后的光纤光栅对折射率的灵敏度。