光纤光栅是一种重要的光纤型无源器件,它在光纤通信和光纤传感领域均有着非常重要的应用。折射率传感在如环境监测、医学诊断、石油化工等方面应用中都扮演着十分重要的角色,受到了广泛的关注并正处于不断深入的研究之中。本文结合光纤光栅体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、易复用、信号波长调制和易于远程监控等优点并针对现有光纤光栅传感技术的不足,对光纤型折射率传感器进行了研究和创新,研制了新型的基于光纤光栅的温度补偿折射率传感器以及高灵敏度的反射型折射率传感器。论文首先简介了光纤光栅的研究背景及意义,并详细介绍了光纤光栅的发展历程及其在光纤通信和光纤传感系统以及生产生活中的各个领域中的应用,指出了本论文的主要内容和创新。接着简要介绍了各种类型的光纤光栅的折射率调制分布和光谱特征,并从射线理论和耦合模式理论结合光栅的结构模型通过理论计算分析了它们的光谱特征。研究了一种新型的基于光学加热的温度补偿的折射率传感器。论文根据掺钴光纤的损耗特性和机理,将其和光纤光栅结合,通过掺钴光纤中钴离子在泵浦光抽运下非辐射跃迁产生的热量来实现对传感单元光纤光栅的温度补偿,从而消除环境温度变化对折射率测量的影响,实验验证了该传感器的折射率传感特性、温度补偿特性以及波长调节特性,实验结果表明该结构在实现折射率传感的同时可以很好的对外界环境温度的变化进行主动补偿。论文还提出了两种反射式的光纤光栅折射率传感器,反射式折射率传感器由于其可实现探针式传感而在工程应用中具有广泛的需求,论文分别提出了基于掺钴光纤与光纤光栅的波长调制型折射率传感器和结合细芯光纤与光纤光栅的光强调制型折射率传感器。前者利用外界环境折射率的变化引起的长周期光纤光栅的谐振峰波长位置的变化,导致用于光学加热的激光光强随之发生变化,从而引起刻写在掺钴光纤上的布拉格光栅的工作波长的漂移,通过探测该工作波长的偏移可以实现对环境折射率变化的测量。后者利用细芯光纤和单模光纤的纤芯失配产生的包层模式能量分布随着环境折射率的变化而变化,通过在细芯光纤上的刻写布拉格光栅,根据其反射回来的包层模的光强的变化可实现对环境折射率的监测,同时由于该布拉格光栅反射回来的纤芯模式的光强不受环境折射率变化的影响,其可作为光强参考来消除因光源光强扰动而导致的折射率测量误差。论文分别对上述这两种传感器结构进行了理论分析和实验验证,实验证实这两种传感器分别具有灵敏度高、结构紧凑、成本低和实用性强等优点。