本文在分析国内外长周期光纤光栅的研究现状以及折射率测量存在的问题的基础之上，对长周期光纤光栅理论进行详细的分析研究，建立了长周期光纤光栅的数学模型，并设计了基于级联长周期光纤光栅的折射率测量系统，对系统的可行性及可能存在影响因素进行了分析和实验研究。文中首先从弱导光纤出发，采用简化的三层模型对导模及包层模本征方程进行了推导，并求解出给定参数的光纤导模以及前二十个一阶包层模的传播常数及有效折射率，在此基础上对各次包层模对外界折射率的敏感性进行了研究，选出了最适合于折射率测量的包层模式。其次从耦合模理论出发，建立了长周期光纤光栅的数学模型。 其次根据所建立的长周期光纤光栅的数学模型，对具有不同长度、周期、耦合强度以及折射率增量的长周期光纤光栅透射谱特性进行了研究，并推导了谐振峰半峰带宽与光栅参数之间的关系式。此外，还分析和研究了在不同位置引入不同相位跳变的相移光栅、并联长周期光纤光栅以及级联长周期光纤光栅的光谱特性，选择出适用于折射率测量的合理光栅参数及光栅组合方式。在理论分析研究的基础上，设计了基于级联长周期光纤光栅的、采用相位生成载波技术对被测量信号进行解调的折射率测量系统，并对系统的可行性进行了较为详细的论证。最后对所设计的长周期光纤光栅折射率测量系统进行实验研究。其中包括测量系统主要元器件的工作原理及工作特性的分析，以及实验结果的给出。并对影响测量结果的温度、应变、弯曲等因素进行详细分析研究，发现弯曲是长周期光纤光栅测量过程中的主要影响因素，应当在测量过程中严格避免光纤栅区的弯曲。