光纤光栅是最重要的光无源器件之一,它作为一种模式耦合器件,具有体积小、成本低、与光纤系统天然兼容等优点,在光纤通信和光纤传感领域具有重要的应用。近年来迅猛发展的微结构光纤,为光纤光栅技术的进一步发展提供了新的平台。一方面,微结构光纤光栅具有优越的光谱特性和崭新的潜在应用价值。另一方面,微结构光纤光栅反过来也为分析和揭示微结构光纤的模式特性和色散特性提供了重要的实验手段。因此,微结构光纤光栅的研究具有重要的理论和实用价值。　　 本论文的选题来源于国家973计划:“基于微结构光纤的新型功能器件、异质兼容结构与光电子集成”(编号:2010CB327605)以及国家自然科学基金:“全固光子带隙光纤及全固光子带隙光纤光栅研究”(编号:10774077)、“基于光子带隙光纤的可调谐光电子器件”(课题编号:50802044)等项目中的内容。本论文阐述了微结构光纤光栅的模式耦合理论,用不同方法在多种微结构光纤中成功写制了布喇格和长周期光栅,并对它们的光谱特性、耦合机理及可能应用作了详细研究和分析,主要研究工作和创新性成果包括:　　 1.提出了以在柚子型微结构光纤和单模光纤的熔接点处曝光写制成功的长周期光栅为基础的双参数测量传感器。通过设计长周期光栅的参数,使得单模光纤中基模与包层模式耦合和柚子光纤中基模与纤芯LP11模式耦合的谐振峰同时出现在透射谱中,根据两套谐振耦合峰随外界温度和力学参量的敏感差异,实现了单个光栅的双参数测量。　　 2.提出并理论设计了基于功能材料填充的波长位置和波长间隔可调谐的双通道微结构光纤Bragg光栅滤波器。通过将功能材料填充入纤芯写有Bragg光栅的高双折射微结构光纤中,通过改变功能材料的折射率,从而改变光纤的双折射特性,进而实现波长位置和波长间隔的可调谐滤波器。　　 3.利用紫外曝光相位掩模侧写技术在全固光子带隙光纤的包层中成功写入Bragg光栅阵列,并观察到前向LP01超模向后向LP01超模耦合形成的谐振峰。该谐振峰的带宽远大于普通单模光纤Bragg光栅,深入研究了该光栅的光谱特性和成栅机理,并给出了理论解释。　　 4.利用高频CO2激光器在全固光子带隙光纤中成功写制出长周期光栅,观察到基模向纤芯LP11模式耦合的多个谐振峰,并深入实验研究了该光栅的光谱和传感特性。该种光栅对外界折射率,弯曲和温度变化均不敏感,可以设计成优良的应变传感器。