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倾斜光纤光栅(TFBG)是一类具有特殊结构的光纤光栅,因其特殊的耦合方式与优异的光学性能,使其具有重要的研究价值。TFBG独特的耦合方式使其不仅对周围的环境参量极其敏感,而且能够解决光纤光栅的温度和应力交叉敏感的问题,因此在传感等领域内,TFBG越来越受到科研学者的重视。本文研究了TFBG的理论特性、光谱特性及传感特性,并在TFBG基础上,提出了一种新型结构的光纤光栅——级联TFBG,主要内容如下:1.简要地阐述了光纤光栅的发展简史、分类及其应用;在光纤光栅的基础上阐述了TFBG的发展简史、写制技术及其在各领域中的应用。2.介绍TFBG的理论研究进展,研究TFBG的基本结构及其耦合模理论,利用耦合模理论详细地分析各个模式之间的耦合方式。3.在TFBG理论基础上,研究级联TFBG的原理和分析方法,并且通过传输矩阵法,对级联TFBG进行了理论推导。研究级联TFBG的光谱特性,对在不同结构参量下级联TFBG的光谱特性做了详细的仿真分析,其中结构参量包括:级联光栅的数目、光栅倾斜角度、光栅间距、光栅周期、光栅长度、纤芯半径及折射率、包层半径及折射率。最后分析了不同参量之间的相互补偿作用,研究的结果对于级联TFBG的设计和优化有一定的指导意义。4.研究TFBG和级联TFBG的传感特性,其中包括温度传感和应力传感。详细分析了TFBG温度传感和应力传感的基本原理,分析了影响温度传感和应力传感的的各方面因素。用Optigrating和Matlab软件对TFBG和级联TFBG进行传感仿真。研究发现:与TFBG相比,级联TFBG不但有着更加丰富的光谱特性,而且级联TFBG温度传感的灵敏度要比TFBG温度传感的灵敏度高,提高了温度传感的灵敏度;另外级联TFBG应力传感的灵敏度要比TFBG应力传感的灵敏度稍微高一点。对TFBG和级联TFBG在实际中的应用具有一定的参考价值,为后续在光传感等领域中的应用提供了理论基础,有着很重要的研究意义。