长周期光纤光栅是指纤芯折射率周期性调制的光纤光栅,纤芯基模与同向传输的各阶次包层模式耦合,是一种透射型的光纤无源器件。长周期光纤光栅的谐振峰对外界环境的应变、温度和弯曲等变化响应灵敏、分辨率高,同时由于光纤具有的良好物性如抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、质量轻且格低等优点,可以作为一种理想的传感器,被广泛应用于电力、海洋船舶、航空航天、核工石化、医疗生物等各个领域。本文依据模式耦合理论并结合传输矩阵法和有限元分析法对长周期器光纤光栅传感器增敏方法进行了研究,用控制变量法研究了光纤周期、耦合模式、包层和纤芯半径对长周期光纤光栅传感器折射率灵敏度的影响。理论和实验相结合对长周期光纤光栅传感器和尾环式级联长周期光纤光栅传感器的光谱特性、折射率传感特性、温度传感特性和弯曲传感特性进行对比研究,结果表明尾环式级联长周期光纤光栅传感器在制作工艺和应用方面都有一定的优势。本文主要内容概括如下:（1）简述了长周期光纤光栅的发展。介绍目前制作长周期光纤光栅的各种不同的方法并分析了每种方法的制作工艺和所制作的光栅传感器的优缺点。简述了近年来长周期光纤光栅传感器在磁场、曲率和温度等方面的研究进展。（2）对长周期光纤光栅的模式耦合理论进行了分析。基于麦克斯韦方程推导出描述光纤中电场和磁场传输的波动方程,然后结合边界条件求解电磁场和特征方程的解。其中不同的解对应于不同稳定传输模式的传播常数,并分析了各模式之间的正交性。用弱导光纤的三层模理论对长周期光纤光栅的模式耦合进行了简化分析,阐释了长周期光纤光栅内起主要作用的模式耦合、谐振峰产生的机理和特定波长的透射率。（3）用控制变量法理论分析不同包层半径、纤芯半径和光栅周期的长周期光纤光栅传感器的折射率灵敏度,以及不同阶次模式耦合的谐振峰对折射率变化的响应。对于长周期光纤光栅同一阶次模式耦合的谐振峰,随着包层半径减小,传感器的折射率灵敏度提升。研究结果表明纤芯半径越大的单模光纤制作的同一周期的长周期光纤光栅,其同一阶次模式耦合的谐振峰对折射率响应灵敏度越高。周期较小的长周期光纤光栅传感器的同一阶次模式耦合的谐振峰折射率灵敏度越高,较高阶次模式耦合的谐振峰对于外界环境折射率变化的响应更灵敏。（4）对尾环式级联长周期光纤光栅的干涉原理和制作过程进行了详细的分析和介绍,分析了传感器在制作和应用方面的优势。研究了尾环式级联长周期光纤光栅的光栅长度、光栅折射率调制深度和光栅间距对于透射谱的影响,对比研究了单个长周期光纤光栅的传输谱。研究结果表明光栅长度或折射率调制深度增大时,谐振峰损耗强度先增大再逐渐减小,与此同时谐振波几乎没有横向移动。随着环形光纤的长度增大,干涉条纹数量和精细程度增加,半峰全宽也逐渐变窄。（5）理论分析了长周期光纤光栅传感器的折射率、温度和弯曲传感特性。实验研究了长周期光纤光栅传感器和尾环式级联长周期光纤光栅传感器的传感特性,并详细介绍了测量系统、测量过程和方法,结果表明后者有更好的传感特性。