光纤传感技术是以光为载体、光纤为介质并能感知外部待测信号的一种传感技术。随着密集波分复用、光纤放大器及光时分复用技术的快速发展,光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员,因其具有体积小、免疫电磁干扰、易复用等优势而被广泛的应用于各行各业。光纤光栅是最常用的光纤传感器件之一,基于单模光纤光栅的传感器已经可以测量温度、应变、压力、加速度、振动等物理量。相对于单模光纤光栅来说,多模光纤光栅中存在更多的模式,具有更丰富的反射峰信息和灵活多变的参数,有着广阔的应用前景。用单模光纤激励多模光纤,控制多模光纤中被激励起的模式,使多模光纤光栅中被激励起的模式的反射峰相对分开,对多模光纤光栅的实际应用有着重大的实际意义。本课题以多模光纤光栅为研究对象,详细研究了多模光纤光栅的特性,为多模光纤光栅传感应用做了大量的前期研究分析工作。首先,论文介绍了光纤的模式理论和光纤光栅的耦合模理论。基于光纤的模式理论,详细分析了阶跃多模光纤和梯度多模光纤中可能存在的模式,求解出了各个模式的等效折射率。在各个模式均匀激励的前提下,根据耦合模理论仿真出了单侧曝光条件下的阶跃多模光纤光栅和梯度多模光纤光栅的反射谱和透射谱。与阶跃多模光纤光栅相比,梯度多模光纤由于各个模式之间的谐振波长间隔较大,梯度多模光栅的反射谱中各个谐振峰相对独立。第二,论文研究了单模光纤激励下的阶跃多模光纤的模式特性。当单模光纤与阶跃多模光纤正轴熔接时,阶跃多模光纤中只有LP₀₁^LP₀₆模式可以被激励起来,基于此分析了单侧曝光下多模光纤中各个模式之间的耦合系数,给出了单模光纤激励下的多模光纤光栅的耦合模方程,得到了单模光纤激励下的多模光纤光栅的反射谱和透射谱。在此基础上,设计并制作了正轴熔接的单模-多模光栅-单模结构,分析了正轴熔接时的阶跃型单模-多模光栅-单模结构和梯度型单模-多模光栅-单模结构的温度传感特性和应力传感特性。第三,论文研究了偏轴熔接的单模-多模光栅-单模结构的传感特性。与正轴熔接相比,偏轴熔接的单模光纤能激励起多模光纤中的高阶模式,使单模-多模光栅-单模结构的反射谱和透射谱发生变化。在此基础上,研究了偏轴熔接时的阶跃型单模-多模光栅-单模结构和梯度型单模-多模光栅-单模结构的温度传感特性和应力传感特性,验证了其用于多参数传感的可行性。最后,论文分析了基于单模光纤的Fizeau腔传感器和基于多模光纤的Fizeau腔传感器的特性。针对光纤Fizeau腔传感器的干涉谱对Fizeau腔腔长敏感而对温度不敏感的特点,利用光纤光栅的温度传感特性做温度补偿,设计了一种基于梯度多模光纤光栅的光纤Fizeau腔传感器,同时测量了温度和位移（或应力）。