光纤光栅是在二十世纪七十年代随着光纤技术的发展而产生的一种新型光纤器件。它作为一种滤波器,具有体积小、成本低、与光纤系统天然兼容等特点,同时,对温度、应力、应变等环境因素敏感,因此,在光纤通信和传感领域都有很多应用。三十多年来,人们对光纤光栅形成的微观机制、各种写入技术、封装技术、光栅重建技术等方面进行广泛研究,取得了许多研究成果。光纤光栅在某些方面技术的发展,已经比较成熟,但是,也有很多问题有待于进一步的研究和探讨。随着光纤光栅在光纤通信和传感领域应用的逐步发展,不仅对光纤光栅光谱的谐振波长、峰值和带宽的要求更加严格,而且需要对光谱形状进行控制,甚至需要研制特定光谱形状的光栅,这就是本论文选题的依据。本项目在理论和实验两个方面,对光纤光栅的形成机制、光谱特性、生长规律、谱形控制以及在通信和传感领域的应用进行了研究,取得了良好的结果。本项研究主要包括如下几个方面:一、首先对光纤光栅的发展状况、发展趋势、光纤光栅理论、写入技术及其应用进行了简要的综述;二、总结了前人对光敏光纤“光折变”的研究成果,在“色芯模型”理论基础上,进一步提出自己的假设,推导出光敏光纤光致折射率增量与曝光量的多项e负指数之和的变化关系,并且进行了实验验证。这项研究成果是后面“光纤光栅谱形控制曝光设计软件”的基础之一。三、对光敏光纤的双折射特性进行了实验研究,利用“Mach-Zehnder光纤干涉仪”和“光纤环形镜”两种方法对光敏光纤双折射进行了测量。四、对耦合模理论进行了推演。利用非均匀光纤光栅的传输矩阵法对均匀光纤Bragg光栅、长周期光纤光栅、啁啾光栅、取样光栅和相移光栅等的光谱进行了理论模拟。五、对光纤芯模、包层模的有效折射率、模场分布和耦合系数进行了数值模拟计算。根据上述模拟计算结果,进行了长周期光纤光栅模板的设计。六、研究了光纤光栅的生长规律。包括:光纤光栅谐振波长和峰值高度随曝光量的生长规律,得到了光纤光栅谐振波长随曝光量按多项e负指数之和规律变化的结论。研究结果还表明:对于长周期光纤光栅,振幅模板的“占