光纤光栅是沿光纤轴向形成具有周期性折射率调制分布的光纤模式选择及耦合器件，因其具有插入损耗低、结构紧凑、滤波特性优异、抗电磁干扰及与光纤完全兼容等优点，被广泛应用在光纤通信、光纤传感及光纤激光器等领域，并发挥着举足轻重的作用。将两个及以上光纤光栅按照一定方式组合，可形成新型组合式光纤光栅。此类光纤光栅的结构由各自光栅构成，其性能则由各自光栅联合确定，因而拥有更丰富的光纤模式及优异的传输特性，可用于模式耦合、传输变换、参量感测等器件的设计和研制，并成为近年来光纤器件研究的热点。　　本文对组合式光纤光栅进行分类并分析了各类型组合式光纤光栅的特点。在此基础上，设计并研制出典型的新型组合式光纤光栅，进行了光谱特性探测、模式耦合特性分析和传感特性研究，并将其应用于应变、温度、弯曲、扭转等参量的传感测量。实验确定出各传感元件的关键参数，制作了多个组合式光纤光栅传感器样品。本文主要研究工作和成果如下：　　1.设计并研制出一种基于光纤布喇格光栅（ FBG）与长周期光纤光栅（LPFG）叠加的组合式光纤光栅。其制作方法如下：首先，采用载氢技术与紫外曝光法在光敏光纤纤芯上写制FBG；然后，在与FBG平行的包层处利用高频二氧化碳（CO2）激光脉冲技术单侧曝光写制LPFG。由于两个光栅对弯曲和温度的响应不同，因此通过建立参数矩阵可实现弯曲和温度的同时测量。在±2m-1弯曲曲率范围内，该叠加组合式光栅弯曲灵敏度为-6.82nm/m-1；在20℃～90℃温度范围内，温度灵敏度为56.22pm/℃。与传统的FBG与LPFG级联组合结构相比，此叠加组合式光纤光栅结构尺度仅限于LPFG的长度，不仅具有更精巧的传感器结构与尺寸，而且解决了弯曲与温度交叉敏感问题，可用于与温度相关的双参数传感器设计及研制。　　2.设计并研制出一种基于FBG错位的组合式光纤光栅。其制作方法如下：首先，采用相位掩模板并利用紫外曝光法在光敏光纤纤芯上写制FBG；然后，将FBG从几何中心处切断并进行错位熔接，错位量大约为3.5μm。形成的错位组合式FBG是一种新型相移光纤光栅，FBG原来的反射峰被分裂为两个峰，波长分别为1549.74nm和1549.97nm。根据两个反射峰对应变和温度的不同响应，可实现应变与温度的同时测量。实验得出，应变灵敏度为1.29pm/με；在15℃～85℃温度范围内，温度灵敏度为9.64pm/℃。　　3.设计并研制出一种基于两个不同类型LPFG级联的非相关组合式光纤光栅。其制作方法如下：首先，用高频CO2激光脉冲写制LPFG；然后，利用CO2激光烧蚀光纤涂覆层，对其烧蚀部分用氢氟酸湿法腐蚀光纤包层，制作出非对称波状LPFG；最后，将非对称波状LPFG与高频CO2激光脉冲写制的LPFG级联，形成非相关组合式光栅结构。利用两种类型的LPFG对扭转的不同响应，该组合式光纤光栅可实现能辨别扭转方向的高灵敏度扭转测量。在顺时针方向扭转时，扭转灵敏度可达331.7pm/(rad/m)；在逆时针方向扭转时，逆转灵敏度可达310.3pm/(rad/m)。　　4.设计并研制出非对称波状LPFG与高频CO2激光脉冲写制的LPFG级联形成的相关组合式光纤光栅干涉仪，通过改变轴向应力的大小可实现两个光栅的干涉。其次，采用湿腐蚀法制作非对称双锥光纤干涉仪。研究表明：通过对这两种干涉仪施加轴向应力，可加强或减弱模式的耦合强度。基于该原理的干涉仪结构可用于周期或振幅可调的光纤光栅滤波器、光纤MZ干涉仪的设计及研制。　　5.设计并研制出一种基于单模LPFG与少模LPFG级联的非相关组合式光纤光栅，并利用高频CO2激光脉冲单侧曝光法写制而成。少模光纤因其纤芯直径较大且掺杂方式不同，故写制的两种LPFG具有相反的温度传感特性，并且其应变灵敏度高于单模LPFG。在0到800με的应变测量范围内，该组合光栅应变灵敏度为-2.9pm/με；在30℃～90℃的温度范围内，温度灵敏度为46.4pm/℃。这种新型组合式光纤光栅具有制作简便、信号解调精度高、线性度佳等优点，为消减温度交叉敏感及双参数传感提供了一种有效新途径。