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随着光纤通信系统的迅猛发展,光纤光栅已成为全光通信技术的关键器件和当前国际研究的热点。作为一种新型的光电子器件,光纤光栅不仅在光纤通信技术和光纤传感技术而且在其他相关领域中均引起了一场新的里程碑式革命,其市场近年来不断扩大。本文以提高光纤光栅器件性能、开发新型光纤光栅器件为目标,从光纤光栅基本理论出发,深入研究了特殊结构光纤光栅的特性及其在色散斜率补偿技术、光纤光栅传感及复用技术方面的应用,并取得了一些研究成果,主要内容包括：1.在推导有效折射率调制光纤光栅耦合模方程的基础上,使用传输矩阵法全面地数值模拟了4种EIM-FBG(线性有效折射率调制均匀光纤布拉格光栅、非线性有效折射率调制均匀光纤布拉格光栅、线性有效折射率调制啁啾光纤光栅、非线性有效折射率调制啁啾光纤光栅)的反射谱和时延特性,同时也仿真分析了不同长度、不同切趾函数对EIM-FBG特性的影响。2.采用二次曝光法,利用振幅模版+相位掩模版制作了线性有效折射率调制均匀光纤布拉格光栅(LEIM-UFBG)和线性有效折射率调制啁啾光纤光栅(LEIM-CFBG),实验研究了它们的光谱特性,实验结果与理论分析及数值模拟结果相吻合。3.数值研究了非线性有效折射率调制啁啾光纤光栅(NEIM-CFBG)的色散斜率特性；给出了一个用于计算NEIM-CFBG时延特性的简单模型；提出了NEIM-CFBG的制作方案以及色散斜率补偿方案。1.对腔式FBG进行了理论分析,给出腔式FBG的传输矩阵以及反射率表达式；模拟研究了单/双腔FBG的光谱特性,并且对光谱进行了傅立叶分析；指出了不同子光栅的中心波长失配量影响腔式FBG傅立叶峰频振幅的特性。2.实验研究了单腔FBG和双腔FBG的光谱特性及其傅立叶波频谱,其实验结果与数值模拟结果相吻合。3.给出了腔式FBG的差分应变传感机理；分析了腔式FBG的差分应变传感灵敏度以及波长分辨率对腔式FBG传感信号解调的影响；研究了同一腔式FBG在不同波长分辨率下傅立叶峰频振幅的变化以及不同分辨率下差分应变灵敏度的变化。4.报道了一种新型的单腔FBG差分应变传感器,采用新型的傅立叶振幅解调方法进行传感信号的解调。该差分应变传感方案可避免外界环境温度场的影响,并且适用于光谱编码复用(SCM)系统。5.提出了基于单腔FBG的SCM差分应变传感系统方案并进行了实验研究,基于LabVIEW8.0自主开发了傅立叶变换解调技术软件,并对复用信号进行了解调,实验测量结果的标准误差小于±8με；模拟和实验研究了系统的串话,并提出了对数变换法和差值法两种有效方法来对系统的串话数据进行处理。