光纤光栅从诞生以来，以其广泛的应用和良好的发展前景一直是国际上的研究热点之一。国家863计划的三项重大课题(“WDM超长距离光传输技术的研究与实现”No.2001AA122012，“多通道色散补偿关键器件技术”No.2001AA312090，“色散、色散斜率和偏振模色散一体化自适应补偿技术”No.2001AA122063)都提出了对光栅进行深入系统研究的要求。其中的超长距离传输项目更是提出了将啁啾光纤光栅用于补偿G.652光纤色散超过3000km的极高要求，而已知报道中采用光栅进行色散补偿的最长距离为840km。为达到项目要求，很多技术难题亟待解决。结合上述863项目的实施，本文对光纤光栅及其相关器件的制作工艺及应用进行了深入系统的理论和实验研究，获得的创新性成果如下： 1.深入分析了光纤光栅切趾技术的机理，指出了啁啾光纤光栅与均匀光纤光栅对切趾的不同要求，并且通过数值仿真和实验，提出了一种能够使啁啾光纤光栅获得优化性能的非对称切趾方法，即二阶黄金分割切趾法。与现有方法相比，该方法具有实现简单，重复性好的优点。 2.研究了啁啾光纤光栅应用于长距离系统色散补偿的相关问题，包括光栅不理想特性、光源波长不稳定性、色散分布以及入纤功率等对系统性能的影响。与实验室内其他师生共同合作，实现了10Gb/sNRZ信号在1500kmG.652光纤上的无误码传输，以及在3100kmG652光纤上加FEC后的无误码超长距离传输，该系统中的色散补偿模块全部由自行研制的高性能大色散量啁啾光纤光栅制成。 3.提出了一种使均匀光纤光栅形成啁啾的有效方法，该方法依赖于镀在均匀光栅上的厚度渐变金属膜，而电镀法是厚度渐变金属膜的可选制备方法之一。针对电镀法镀膜制备工艺的特点，提出了计算金属镀层截面积的数值方法。利用该方法结合理论分析结果，对厚度渐变金属镀膜光栅在拉力和温度作用下的特性进行了详细的数值仿真和实验研究。 4.深入分析比较了紫外均匀预曝光和后曝光对氢载光纤上写入光栅特性的影响。依据分析结论，提出了一种新的利用紫外预曝光制作啁啾光纤光栅的实施方案。 5.提出了两种新型取样振幅掩模版的制作方案，其特征在于具有可变的取样周期或可变的占空比，并进行了理论与实验验证。新型振幅版有利于提高取样光栅制作的灵活性，降低制作成本，并有希望推进具有轴向渐变取样周期或占空比的特殊取样光纤光栅制作技术的发展(该项技术正在申请专利中)。利用制成的取样光纤光栅，实现了基于光纤结构的、具有Vernier波长调谐机制的可选波长光纤激光器，并根据取样光纤光栅的特点对这种调谐机制的实现进行了重新诠释。