光纤光栅是利用掺杂光纤的光敏效应,使单模光纤芯区长度上产生折射率的周期性改变而制成的一种新型光纤光子器件。从第一根光纤光栅写制成功到今天短短二十多年间,光纤光栅无论是写入技术、理论研究还是应用方面都获得了飞速发展。光纤光栅具有制作在光纤芯区与光纤完全兼容、反射和透射特性优良、附加损耗小、体积小、成本低等优点,并且可以通过灵活改变光栅的一些物理参数而得到所需要的光谱特性,这些物理参数包括:折射率变化、长度、切趾、啁啾、倾斜以及光栅是否在指定波长支持模式耦合等。通过对光纤光栅的重构,还可以设计出各种具有不同光谱特性的光纤光栅器件。本文从理论和实验两方面对光纤光栅的光谱特性、写制方法、应用以及光纤光栅的设计等进行了的研究。主要内容包括:1.概括介绍光纤光栅的发展历史、光纤光栅的分类、光纤光栅的理论分析方法、光纤光栅的各种制作技术和光纤光栅的设计方法以及光纤光栅在光纤通信领域和在光纤传感领域的应用。2.采用耦合模理论分析了均匀周期光纤布喇格光栅和长周期光纤光栅的光谱特性;介绍了传输矩阵法对非均匀光纤光栅的处理;采用三层阶跃光纤模型,对信息产业部46所提供的C598-302(s)型光敏光纤进行分析,模拟计算了纤芯基模和一阶各次包层模的有效折射率;在数值模拟长周期光纤光栅周期和一阶各次包层模谐振波长之间关系曲线的基础上,讨论了长周期光栅周期对光栅温度、应变敏感特性的影响。3.在“色心模型”的基础上,通过假设,提出了光敏光纤光致折射率增量与曝光量之间的多项e负指数之和变化规律,并分别采用非平衡光纤马赫-曾德尔干涉仪和布喇格波长漂移法进行了实验验证;实验研究了光敏光纤的双折射特性,提出了全光纤马赫-曾德尔干涉仪和光纤环镜测量光敏光纤的归一化光致双折射率的方法,得出光致归一化双折射率随曝光量的按多项e负指数之和规律变化的结论。4.提出并实验论证了光纤布喇格光栅和长周期光纤光栅的谐振波长随曝光量之间多项e负指数之和的变化规律,并研究了长周期光纤光栅的谐振波长与振幅模板占空比之间的关系;考察了光纤布喇格光栅反射峰值随曝光量的变化关系;分别采用纵向应力法和利用光敏光纤的光敏性,利用一块相位模板,写制了