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长周期光栅(Long-period Grating, LPG)在光纤放大器增益平坦化器件、带阻滤波器、各种光耦合器件、传感器等领域有着较为广阔的应用前景。目前,长周期光纤光栅(Long-period Fiber Grating, LPFG)的研究已比较成熟,有一定数量的产品进入实验阶段,研究人员的目光正逐渐转向长周期波导光栅(Long-period Waveguide Grating, LPWG)。由于在材料选择、制备工艺、结构类型等方面的优势,波导光栅具有很大的发展潜力。本文主要利用复合平板波导模式理论和矩形波导的有效折射率法(Effective Index Method, EIM),对LPWG的温度敏感性和压力敏感性进行理论分析和数值计算,设计出基于聚合物LPWG的温度传感器和压力传感器。本文将复合平板波导模式理论与EIM相结合,建立了多层矩形波导的有效折射率方法模型。用此模型处理常见的矩形波导结构,对凸起型波导、脊型波导、加载型波导和嵌入型波导的模式特性进行比较,结果表明加载型波导导模和覆盖层模有效折射率相差较大,有利于获得较大的LPWG温度和压力敏感性。由LPG相位匹配条件推导出LPWG共振波长对温度和压力的敏感性公式,并对此公式进行分析。结果表明,影响温度敏感性的主要因素是导波层和覆盖层材料的热光效应;而影响压力敏感性的主要因素是导波层和覆盖层的弹光效应,以及导波层的弹性形变。导波层和覆盖层材料折射率较接近时,波导的单模传输条件较宽,获得的温度和压力敏感性也较高。除了材料折射率外,导波层和覆盖层薄膜厚度也是影响敏感性的重要因素,而波导芯层宽度对温度和压力敏感性几乎没有影响。在LPWG设计中,一方面要考虑温度和压力敏感性的数值大小(主要由模式色散系数决定),另一方面要优化相同条件下温度和压力敏感性的比值R,它反映了LPWG对温度敏感和压力敏感相互干扰的抑制作用。数值结果表明,导波层和覆盖层材料的热光系数相差较大的LPWG温度敏感性较高,如以Epoxy(Optocast 3505)为覆盖层在SiO2/Si衬底上制备COP(Cyclo-olefin Polymer)加载型波导,可以获得-82.82 nm/℃的温度敏感性,同时压力敏感性低于1.38×10-5nm/Pa。而导波层和覆盖层材料热光系数相同或相近的LPWG温度敏感性很小,这种效应主要应用于压力传感器中,以抑制温度的干扰,如以PMMA( Polymethyl-methacrylate )为覆盖层在SiO2/Si衬底上制备BCB(Benzocyclobutene)加载型波导,可以设计出对温度零敏感、压力敏感性为4.44×10-6nm/Pa的压力传感器,比现有的LPFG压力敏感性提高一个数量级。选用杨氏模量小的材料可以提高LPWG的压力敏感性,如以ENR(Epoxy Novolak Resin)为覆盖层的PC(Polycarbonate)波导,压力敏感性可以达到3.84×10-4 nm/Pa以上。