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甲烷是天然气、沼气、油田气及矿井瓦斯的主要成分，检测煤矿生产环境与天然气的开采、运输、存储等环节中的甲烷气体浓度，对于保障安全生产，减少安全事故发生有着至关重要的作用。光子晶体光纤长周期光栅作为一种新型的无源光纤器件，在光纤传感领域得到广泛应用，同时也为气体检测提供了新的途径。 提出一种基于纳米双层薄膜的光子晶体光纤长周期光栅（PCF-LPG）甲烷传感方法，采用局域耦合模理论分析基于纳米双层薄膜的PCF-LPG的甲烷传感机理；将有限元法与局域耦合模理论结合，研究光栅参数对传感器透射谱的影响和敏感薄膜参数对传感器响应特性的影响；通过刻写PCF-LPG，采用气压驱动装置和静电自组装法制备敏感薄膜，形成PCF-LPG甲烷传感器；开展甲烷传感实验，评价传感器性能。主要内容包括： （1）结合有限元法与局域耦合模理论，仿真分析PCF-LPG甲烷传感器的光栅参数和敏感薄膜参数对其传感特性的影响。利用有限元法分析PCF-LPG光栅区内场分布的情况，求解纤芯基模和包层模式的有效折射率与传播常数，使用局域耦合模理论求解纤芯基模与包层模式之间的耦合系数，仿真得到PCF-LPG甲烷传感器的透射谱。表明传感器空气孔涂覆的敏感薄膜折射率从1.55减少至1.53，透射谱谐振波长会发生蓝移，并且当敏感薄膜厚度在200nm左右时，传感器的灵敏度最高。 （2）研究甲烷浓度对cryptophane-A-6Me、含碳纳米管的静电自组装薄膜组成的敏感薄膜折射率的影响；实验测试结果表明，当甲烷浓度从0％增加至3.5%时，敏感薄膜折射率减小值为0.0049RIU。通过对比不同方案制作得到的PCF-LPG并测试透射谱，配制敏感膜涂覆溶液，采用气压驱动装置在PCF-LPG的包层空气孔内表面涂覆敏感薄膜，制作PCF-LPG甲烷传感器。 （3）在0%-3.5%的甲烷浓度范围内，对制作的不同敏感薄膜厚度的PCF-LPG甲烷传感器进行测试，表明甲烷气体浓度的增加会导致敏感薄膜折射率的降低，从而使传感器透射谱的谐振波长发生蓝移，并且随着敏感薄膜厚度的增加，传感器灵敏度也会提高，与理论分析结果一致。对于敏感薄膜厚度210nm的传感器，其灵敏度最佳达-1.078nm/%，检出限为0.18%。实验研究传感器对氮气(N2)、氧气(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)的响应情况，结果表明，制作的PCF-LPG甲烷传感器对甲烷气体具有良好的选择性。