本文对复杂结构光纤光栅的特性进行了理论分析和实验研究,改进了光纤光栅的性能;着重研究了进行逆工程设计的方法;应用该方法研制了新型光纤光栅;对光纤光栅在脉冲控制和传感中的应用进行了研究.本文的主要内容包括以下几个方面:比较分析了光纤光栅的各种理论描述和计算方法的优缺点,包括光栅的耦合模理论,多层膜理论,有效介质理论和相应的计算分析方法包括基于耦合模理论的龙格—库塔法,传输矩阵法,和基于多层膜理论的Rouard计算方法及傅立叶变换分析法.研究了光纤光栅的变迹技术,给出了光栅的常用变迹函数和变迹光栅的制作方法.利用遗传算法,采用传输矩阵法计算光栅的光谱,以光栅的每一小段的折射率调制作为决策变量,采用浮点数编码方式,实现了光纤光栅的逆工程运算.利用遗传算法搜寻出了适合矩形光栅的折射率调制分布.提出一种光纤外径沿轴向变化的结构,在拉应力下获得可调谐的斜边三角形光纤光栅,模拟计算了光栅结构参量对光栅反射光谱的影响.推导模拟了线性范围内超短脉冲在光纤光栅中的传输特性,对出射脉冲形状改变做了一个初步的理论说明.从分析光纤光栅的温度应变特性出发,分析了光纤光栅传感器的优点和特征,提出了两种用于同时测量温度和应变的光纤光栅.