自从1996年A.M.vengsarkar等人在光纤中成功地写入LPG(Long-period Fiber Grating以下简称LPG)以来,LPG作为光纤器件在光纤通信和传感领域得到了越来越广泛的研究和应用。例如,用作带阻滤波器和增益平坦滤波器,用作温度和压力传感器和光纤光栅传感解调器。LPG的独特之处在于其对包层的灵敏性,这是LPG一个独一无二的特性,它的这种包层灵敏性可以用来制作生物和化学传感器。 本论文简要介绍了LPG的发展史及应用前景,并从理论和实验两个方面对LPG的理论,制备和特性进行了系统的研究,为LPG的工程应用提供了理论和数据支持。 在理论方面:本文从麦克斯韦方程出发,导出了描述光纤光栅工作原理的耦合模方程;重点对LPG的耦合模理论进行了严格推导和数值计算。 在实验方面:本文分别用载氢常规通信光纤和光敏光纤两大类光纤来写制LPG,系统研究了光纤光栅长度、光栅周期和耦合模阶次,光纤折射率变化等因素对光栅光谱特性的影响。目前,我们不仅成功地制作出透射损耗达-20～-30dB的LPG器件,而且找到了不同实验条件下,对不同类型光纤的最佳光栅制作方法,为进一步研究LPG的制作提供了数据支持。 对制作的各类LPG进行了退火以及不退火的数据对比,并在理论分析的前提下对LPG进行了封装。由于采用了不同的封装方法,进行温度实验时也就得到了不同的效果,从而筛选出较好的封装方法。 由于LPG对温度的灵敏度远高于FBG,所以本论文研究出一种可以大幅度提高LPG温敏特性的方法,使用高热光系数的折射率匹配液涂敷LPG,可以在很小的温度范围里达到19.2nm/℃的灵敏度,比其它方法提高近10倍。使用此方法,我们可以制作出高灵敏度LPG温度传感器。 对具有良好光谱特性的LPG进行了弯曲实验。验证了LPG的弯曲特性,光栅弯曲使谐振峰的幅值减小,效果类似于LPG写入过程的逆过程。不同方向的弯曲会导致不同的传输谱变化,而传输谱幅度变化最大的方向就是紫外光成栅的方向,所以用该方向制作的弯曲传感器的效果最好。