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光纤光栅是近年来发展最为迅速的光纤无源器件之一,是光纤技术发展史上一个重要的里程碑。光纤光栅的出现使光纤激光器、光纤调制器、光纤滤波器、光纤波分复用器和解复用器等全光纤器件研制得以迅速发展。 长周期光纤光栅(LPFG)是一种周期较长,对周期精度要求相对不高,容易制作的光纤光栅。因其还具有回波损耗小、连接方便、结构紧凑等优点而在传感器、滤波器、模式耦合器等方面的理论和应用得到了人们的重视。因而关于长周期光纤光栅的研究具有重要的学术意义和应用价值。 对长周期光纤光栅的光谱特性的研究是长周期光栅应用的理论基础。论文利用传输矩阵法分析了级联LPFGs的光谱特性,讨论了级联处光纤的长度、位置以及包层模损耗系数对级联LPFGs光谱的影响,并对级联LPFGs和相移LPFGs的光谱进行了比较,结果表明两者光谱在级联光纤长度较小或级联位置在靠近光栅两端时具有较强的一致性,而在级联处光纤较长并且级联位置在中间时,两者表现出截然不同的光谱特性;在不考虑其它损耗的情况下,如果只改变级联处光纤长度,级联LPFGs能量守恒;当级联LPFGs在级联处光纤包层损耗较大时,级联LPFGs的光谱等效于两个长周期光栅光谱的非相干叠加,从而为长周期光栅增益均衡器的优化设计和制作提供了一个简便的方法。此外,论文首次分析了带宽与峰值间隔对不同周期LPFG级联的LPFGs的光谱的影响。 本论文首次考虑了长周期光纤光栅的包层模损耗对光谱的影响。通过在耦合模方程中加入损耗因子,推导出了有包层模损耗时的均匀LPFG的传输谱和非均匀LPFG的传输矩阵。 MEMS工艺使长周期光栅振幅掩模版的制作变得简单、灵活、且精度高。论文采用ICP干法刻蚀和KOH湿法腐蚀等微机电系统(MEMS)工艺,在硅材料上制作了长周期光纤光栅的振幅掩模版,并使用此掩模版,紫外写入制作出了多种LPFGs。应用制得的长周期光栅对宽带光源(ASE)的输出光谱进行了平坦化,使光源光谱的平坦度在1525nm～1555nm范围内<2.5dB,在1525nm～1540nm范围内<1dB。 将Bragg光栅的制作与MEMS工艺结合是将Bragg光栅推向大规模集成化的生产的一种可能的方案。高阶Bragg光栅具有线条宽度较大的特点,可以由现有的MEMS工艺实现。为此,论文做了高阶Bragg光栅的初步探索。论文设计并制作了高阶Bragg光栅,观察到了高阶Bragg的反射峰,可行性得到了证实。本文的设计是基于本实验室的工艺条件(最小线宽～2um),如果在更小的最小线宽工艺条件下,来设计、制作阶数不是很高的波导Bragg光栅,可以预期得到更好的结果。