微纳光纤具有大比例的倏逝场,倏逝场与外界环境相互作用使基于微纳光纤的传感器件对外界参量的变化有很高的灵敏度响应;而光纤光栅以其良好的波长选择性已被广泛应用于光纤滤波器和传感器等器件的制作中。近年来,微纳光纤光栅在传感器件中的应用备受关注。在本论文中提出了一种集成布拉格光栅和长周期光栅结构的超结构微纳光纤光栅(SMFG),并研究了超结构微纳光纤光栅的制作工艺与光谱特性,系统地分析了其对外界参量(温度、应变和折射率)变化的传感特性,说明了其进行双参量共同测量的可能性。本论文主要包括以下内容:(1)概述了微纳光纤光栅的发展动态以及主要特点,对超结构光纤光栅的研究现状与发展动态作了分析总结由此引出超结构微纳光纤光栅的研究意义。接着,对微纳光纤的传输理论进行了系统分析,并讨论其倏逝场的电场分布以及能量分布特征。运用耦合模理论分析了光纤光栅的耦合过程与光谱特性,研究了超结构光纤光栅折射率调制变化和模式耦合的理论依据,并总结了不同取样方式下的折射率变化特征与光谱特性。(2)提出并制作了超结构微纳光纤光栅,主要包括:首先,利用紫外光刻写技术在微纳光纤中写入布拉格光栅;其次,利用飞秒激光刻蚀技术在刻有布拉格光栅结构的微纳光纤表面以点对点的方式刻蚀出周期性凹槽结构形成长周期光栅。制作的超结构光栅既有布拉格光栅的特点,又有长周期光栅的特点,阐述了其光谱特性及生长曲线的特征。与传统的基于常规光纤的超结构光栅不同,由于长周期刻槽占比较小且并没有对布拉格光栅结构造成破坏,反射谱中并没有出现多信道现象。(3)研究了超结构微纳光纤光栅对外界参量变化的传感特性。由于作用模式不同,超结构光栅中的布拉格光栅结构和长周期光栅结构对外界扰动具有不同的响应特性。实验测得该器件中的微纳光纤布拉格光栅和微纳长周期光纤光栅对温度同时传感的响应灵敏度分别为8.03 pm/℃和10.33 pm/℃;对轴向应变同时传感时,其响应灵敏度分别为1.2 pm/με和-1.8 pm/με;而对折射率同时传感的响应灵敏度分别为3.61 nm/RIU和1534.78 nm/RIU。利用超结构微纳光纤光栅的反射光谱和透射光谱对外界参量变化的不同响应,可以进行双参量共同测量。