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布拉格(Bragg)光栅具有结构紧凑、制作容差大、可通过对结构参数的直接设计而实现灵活的滤波等优点,其在光通信、光纤传感和全光信号处理领域中迅速发展。本论文围绕着Bragg光栅的滤波特性和相向传输的不同导模间的耦合特性,开展了对基于有源光纤Bragg光栅滤波的光纤激光器和全光可调谐多通道色散补偿器、基于倾斜少模光纤Bragg光栅和波导光栅耦合器的模式转换器和模式复用/解复用器的理论和实验研究,并以基于频域滤波的调制格式转换、时钟恢复等应用为例对Bragg光栅的变迹函数进行了理论设计,具体内容如下：(1)分别讨论了Bragg光栅特性分析和物理结构逆向设计的基本理论、方法。(2)搭建并完善了基于紫外曝光和相位掩模技术的光纤光栅制备平台,并实现了对平台的自动化控制；完成了有源、保偏、少模/多模光纤Bragg光栅,以及倾斜、相移光栅等特种光纤光栅的制备,并对光谱特性进行了分析。(3)将自主制备的掺铒光纤Bragg光栅作为窄带滤波器应用于布里渊掺铒光纤激光器中,实现了低泵浦阈值、单纵模、可调谐、窄带宽的稳定运行；以G-T(Gires-Tournois)标准具结构的重构原理为基础,提出了一种基于有源光纤Bragg光栅的全通相位滤波器,实现了全光可调谐多通道色散补偿。(4)从耦合模理论出发,分析了多模Bragg光栅中相向传输的不同模式间发生耦合的条件；实验论证了基于微倾斜少模光纤Bragg光栅(T-FMFBG)的模式转换,并理论上对其进行了带宽扩展和多波长/多模式系统的模式解复用拓展。设计并制备了基于非对称多模Bragg光栅耦合器的片上硅基两模复用/解复用器。(5)利用离散分离剥层法和空间-频率映射理论,由预设滤波器复传递函数,分别对均匀周期和线性啁啾Bragg光栅的折射率调制变迹函数进行理论设计；分别从幅度滤波、相位滤波、幅度相位同时滤波的角度,理论论证了基于Bragg光栅滤波的高速RZ-OOK到NRZ-OOK的调制格式转换、RZ-OOK时钟恢复和THz三角波产生。