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长周期光纤光栅（Long-Period Fiber Grating,LPFG）以其独特的透射式带阻特性及背向反射小、带宽大、插损小、对外界参量变化敏感和易于集成等优点,在光纤通信、光纤传感等领域中得到了深入的研究与发展。近年来,基于CO2激光写入法制备特种长周期光纤光栅逐渐成为热点。CO2激光写入法具有制备过程简单、参数调整灵活、可控性强、效率高及成本低等优点,结合不同的特种光纤所具有的特性,使得所制备的特种长周期光纤光栅在具有传统的长周期光纤光栅优点的基础上表现出不同的特质,显示出其在光纤相关领域的巨大应用前景。本文在CO2激光写入法的基础上,引入细芯光纤（Thin Core Fiber,TCF）并写入长周期光纤光栅与超长周期光纤光栅（Utral-Long Period Fiber Grating,ULPFG）,对相关理论、制备工艺及传感特性进行了实验研究与探讨,并取得创新性科研成果。主要内容包括:（1）从残余应力释放、玻璃致密性变化、掺杂剂扩散及物理形变等四个方面详细的介绍了基于CO2激光刻写长周期光纤光栅的机理。在CO2激光刻写光纤导致其折射率变化的过程中,除了光纤本身的材质需要考虑外,提供能量的CO2激光功率、作用时间、作用面积以及外加拉力也与之密切相关。介绍了长周期光纤光栅的模式耦合理论及其传输矩阵,并对模式耦合方程、耦合系数等进行推导。对长周期光纤光栅的光谱特性进行了定性分析。最后,分析了超长周期光纤光栅的成栅原理并给出对应的谐振方程表达式。（2）搭建了基于CO2激光器的长周期光纤光栅制备平台,完成了CO2激光器选型、光路相关光学元件及夹具的设计加工与安装及整个光路的安装与调试等工作。从光路的角度出发,详细的介绍了CO2激光从出射到整形再到软件控制其逐点扫描制备长周期光纤光栅的整个过程,并对各个参数进行了解释说明。从CO2激光功率、扫描循环次数及外加拉力等三个方面分析了各个制备工艺参数对长周期光纤光栅性能的影响,总结规律,优化参数,制作出性能优良的细芯长周期光纤光栅（Thin Core Long Period Fiber Grating,TC-LPFG）与细芯超长周期光纤光栅（Thin Core Utral-Long Period Fiber Grating,TC-ULPFG）。（3）开展了基于细芯长周期光纤光栅的传感特性研究,完成了对曲率的传感实验,并利用等效纤芯受力的方法,分析了利用CO2激光对细芯光纤单侧进行扫描所制备的长周期光纤光栅具有弯曲方向可判别的特性。设计了基于细芯长周期光纤光栅与在线马赫增德尔干涉仪的级联结构,利用干涉谱与细芯长周期光纤光栅的透射谱相叠加而产生的不同损耗峰实现多参量测量的方案。通过强度解调的方式,测得的曲率灵敏度为28.82dB/m-1;通过波长解调的方式,测得的温度灵敏度为67.2pm/℃。该级联结构不仅能进行多参量的同时测量,还能有效的避免交叉灵敏度的产生。（4）开展了基于细芯超长周期光纤光栅的传感特性研究,对细芯超长周期光纤光栅的光谱进行了分析,完成了对曲率及温度的传感实验。细芯超长周期光纤光栅的光谱呈现出多个损耗峰,对应于耦合到不同阶次的包层模及其高次谐波中。利用其对外界参量变化的灵敏度差异,可实现单个光纤器件的多参量同时测量方案。通过波长和强度解调方式有效的避免了测量过程中交叉灵敏度的出现。其中,曲率灵敏度为97.77dB/m-1;温度灵敏度为62.94pm/℃。