光纤光栅可以在厘米、毫米、微米尺度上实现对光纤模式的调控,由于其质量轻、尺寸小、抗电磁干扰等优点,已经被广泛应用于光通信与光传感领域,并将在新一代信息技术中发挥重要的作用。其中,结构型长周期光纤光栅,以其强调制、热稳定性好、尺寸更为紧凑等特性,更加有利于光学器件集成及微型化,是光纤光栅发展趋势之一。本文提出了一类新的结构型长周期光纤光栅,并在实验上成功实现。将该类结构型长周期光纤光栅分别应用于弯曲、扭曲、应变、温度、折射率等机械或环境参量的测量,通过观察光栅透射谱的演化,研究了其传感特性,并在此基础上提出了弯曲不敏感高温传感器、方向性扭曲传感器、应变与温度同时测量传感器、高灵敏度位移传感器等。本文主要研究工作及相应研究成果有：1.首次将“错位”结构作为光栅调制引入长周期光纤光栅。由于错位结构带来的光纤几何结构的改变,使该错位型长周期光纤光栅具有较强的光栅调制,从而在较短的光纤尺寸下便能形成较强的损耗峰。在实验中,错位量为3.5gm时,仅需2个周期便能形成幅值大于20dB的损耗峰,该错位型长周期光纤光栅的长度仅为1.09mm。由于错位结构的非对称性,错位型长周期光纤光栅对非对称模式有较强的耦合作用,通过模场观察,在错位量为2.5μm时,光栅将纤芯基模LP01耦合到了LP14模式,这种非对称调制结构及模式耦合特性,可以实现方向性的传感测量。2.首次将“过熔”结构作为光栅调制引入长周期光纤光栅。过熔结构诱导的光纤半径增大,引起光纤模场失配,从而形成对光场的强调制。通过调节设计光纤熔接时的推进量,过熔的半径及熔锥区长度将发生改变,其对光场的调制能力也将不同。当光纤推进量为60μm时,仅需5个光栅周期,过熔型长周期光纤光栅便能形成超过30dB的损耗峰。由于推进量的不同,过熔型长周期光纤光栅能耦合不同阶数的模式,通过实验观察,在推进量为60μm和70μm时,光纤纤芯基模LP01分别被耦合到了LP15和LP14模式。该特性使过熔型长周期光纤光栅对光纤模式的调控更为灵活方便,在模式转换相关领域有潜在应用价值。3.利用错位型长周期光纤光栅的超短的尺寸与非对称的光栅结构,提出并实现了一种新型弯曲不敏感高温传感器。其弯曲敏感性与弯曲方向有关,在最敏感的弯曲方向上,敏感度为0：1877nm/m-1,该值比传统长周期光纤光栅弯曲灵敏度低一个数量级；在最不敏感的弯曲方向上,敏感度近似为0.0097nm/m-,错位诱导的不可逆转的光纤结构改变,可以在高温下生存,使错位型长周期光纤光栅可以用于高温环境的传感测量。通过选择合适的光纤定向,错位型长周期光纤光栅可以被用于弯曲不敏感的高温传感器。4.利用过熔型长周期光纤光栅谐振峰对应变及温度的准线性响应,提出了基于单个谐振峰中心波长及峰值测量的应变与温度双参量传感器。由于过熔结构引起光纤半径的变化,过熔型长周期光纤光栅在0-2.7mε应变范围内的灵敏度高达1.75nm/mε,是电弧放电法、CO2激光辐射法写制的长周期光纤光栅灵敏度的3-6倍,在应变传感测量上有潜在的应用价值。通过应变与温度的双参量测量,可以用解决应变与温度的交叉敏感问题,对过熔型长周期光纤光栅的推广应用有实际意义。5.利用过熔型长周期光纤光栅较宽光谱与超短尺寸,提出了一种精巧的高灵敏全光纤微位移传感器。过熔型长周期光纤光栅较短的尺寸可以保证器件具有紧凑的结构；较宽的光谱则有利于干涉条纹的形成。本文提出一种基于过熔型长周期光纤光栅和光纤探头结构的全光纤高灵敏度微位移传感器,测得的最高波长漂移灵敏度为934pm/μm,是长周期光纤光栅与空气腔结合结构的4倍；最高幅值变化灵敏度近似为-1.97dB/μm,是目前已有报道的最高值。该位移传感器可以应用于对高精度定位有要求的工业及科研领域。