本文就光纤光栅关键特性的灵敏度提高这一问题,提出了五种结构调制型长周期光纤光栅。光纤空间结构的变化,会导致光栅结构在对抗外界环境变化时发生剧烈地变化,从而引起光栅谐振波长的显著漂移。本文采用CO₂激光器刻蚀光纤的方法,完成对单模光纤不同方式的刻蚀,使其形成分别对应变、扭转、弯曲等参数响应剧烈的光栅结构。首先,针对提高光纤传感器的应变灵敏度的问题,本文提出两种高灵敏度的光纤应变传感器,即弹簧式长周期光纤光栅和S型长周期光纤光栅。这两种光栅结构均是由CO₂激光器刻蚀单模光纤后,使其形成局部不对称的结构,即弹簧形或波形结构。这类光栅在受到拉力牵引时,由于受力的不均衡,光栅的空间结构将会发生较大程度的改变,因此对应较为剧烈的谐振波长的漂移量,故而拥有了很高的应变灵敏度。弹簧式长周期光纤光栅的应变灵敏度为30 pm/με,S型长周期光纤光栅的应变灵敏度为29.3 pm/με。与传统的CO₂-LPFG相比,这两种光栅的应变灵敏度比它们高出了十几倍。其次,本文提出两种较高灵敏度的光纤扭转传感器。其一,左、右旋光纤片光栅是对于偏振片的理解和延伸之后设计出来的一种新型光栅结构,其左旋光栅和右旋光栅具有相似的谐振峰,但是却拥有相反的扭转灵敏度,且数值较高,分别为-0.153 nm/（rad/m）和0.175 nm/（rad/m）。其二,预扭转CO₂-LPFG是为了提高扭转特性,对传统的CO₂-LPFG写制过程的一种改进方案。当光栅制作完成时,一周的预扭转会引起光纤光栅在自由释放之后形成螺旋的刻槽分布,这将对其扭转特性起到重大的提升作用,并依托实验对其扭转特性加以论证。预扭转CO₂-LPFG扭转灵敏度为-0.151 nm/（rad/m）。最后,本文提出一种结构调制型的高灵敏度的光纤弯曲传感器,在S型光纤结构的基础之上,采用光纤拉锥方式将其拉直,这就导致光纤纤芯被迫在包层内部呈现波形状态,由此可以对其结构进行弯曲特性测量,在垂直与平行于刻蚀面的两个正交方向上具有较强的弯曲方向相关性,弯曲灵敏度分别为-15.98 nm/m^-1和-4.19 nm/m^-1。本论文提出的五种新型结构调制型长周期光纤光栅的特性研究表明,光纤结构的改变将会引起传感性能的增加,并且不同的调制方式将导致不同的优势传感性能。通过CO₂激光器对光纤结构进行较为精准的雕刻,可以实现传统工艺上难以实现的流程。本论文同时提出,将结构调制后的单模光纤进行再加工,同样可以得到传感性能良好的光纤光栅。因此,结构调制作为一种光纤光栅的预加工或加工手段,依旧值得进一步发展研究。