基于严格的四层模型，对镀膜长周期光纤光栅在薄膜厚度增加时出现的模式重组现象进行了详细的研究。研究发现，随着薄膜厚度的增加镀膜长周期光纤光栅出现周期性的模式重组，每次的模式重组都伴随着一对相邻的包层模式进入薄膜层由薄膜导引。但这对包层模式并不是同时进入薄膜层的，每次都是HE模式进入薄膜层后再经过一定的厚度间隔，EH模式才进入薄膜层。在模式重组过程中，交流耦合系数随薄膜厚度的变化出现急剧变化，在HE模式进入薄膜层过程中，交流耦合系数急剧减小，而在EH模式进入薄膜层过程中，交流耦合系数则急剧增加。与两个相邻模式依次进入薄膜层相对应，镀膜长周期光纤光栅的谐振波长在重组过程中出现两次跳变。研究还发现，在模式重组过程中，镀膜长周期光纤光栅的折射率灵敏度与没有重组时相比有明显增加。

基于倾斜光纤光栅耦合模理论，采用数值分析法研究了前后向导模耦合时倾斜角度和调制深度对倾斜光纤光栅反射谱的影响，以及导模和辐射模耦合时针对不同的入射光偏振态在倾斜角度、调制深度、光栅长度等不同时倾斜光纤光栅透射谱(或反射谱)的特性.研究结果表明，在前后向导模耦合时，不同偏振态入射光的光谱几乎相同；而对于辐射模耦合，由于反射谱的包络受消光系数的调制，而不同偏振态入射光的消光系数不同，并且倾斜角度越大不同偏振态的入射光的消光系数差别越大，故在研究辐射模耦合时需要将偏振态予以考虑.

基于长周期光纤光栅的模式耦合机理, 提出一种快速模拟长周期光纤光栅折射率特性的方法。该方法在计算包层模式的有效折射率时分开计算, 在环境折射率小于包层折射率时采用二分法和分步搜索法结合计算包层模式的有效折射率, 在环境折射率大于包层折射率时采用Nelder-Mead加分步搜索法求解包层模式的有效折射率。在应用谐振波长的决定式求解与环境折射率的匹配的谐振波长时, 采用变区间应用二分法求解而不是传统的逐步搜索法求解谐振波长。数值结果与实验结果做了对比, 两者基本一致。实践证明, 该方法方便快捷, 比一般的方法速度提高7倍以上。

镀膜长周期光纤光栅传感器是目前光纤光栅传感研究的一个热点,但关于此类传感器模型的全面的理论分析目前还很少。本文基于严格的四层模型,从理论上对芯层折射率调制为矩形波调制的薄膜长周期光纤光栅的特性进行了详细的分析。在充分考虑材料色散对光纤芯层和包层的影响后,对薄膜参数、占空比和环境折射率的变化对镀膜长周期光纤光栅的谱特性的影响进行了数值研究。研究结果表明,薄膜参数对透射谱有重要影响,合理设计薄膜厚度可以获得较佳的损耗峰。研究还发现,镀膜后占空比对透射谱的影响减小,而对环境折射率变化的敏感度增加。在占空比为0.5时光栅具有最大的损耗峰值。

基于严格的光栅三包层模型及其色散方程, 对镀膜长周期光纤光栅的折射率传感特性进行了详细的研究。研究发现, 镀膜长周期光纤光栅的谐振波长随环境折射率的变化而变化, 而且这种变化有一个跳跃, 跳跃后的变化与跳跃前相同: 如跳跃前向短波方向漂移, 则跳跃后也向短波方向漂移。镀膜后, 长周期光纤光栅的折射率探测范围得到拓宽, 而且探测的灵敏度比没有镀膜时高一个数量级以上。薄膜厚度越接近最优厚度(OOT), 镀膜长周期光纤光栅的灵敏度越高。

采用分步迭代算法对简化的包层模式本征方程进行数值求解, 这种方法由机器选取初值, 整个过程无需人工干预, 核心代码只需几十行且计算速度快, 可求解任意环境折射率下各次包层模式的有效折射率(包括实数解和复数解), 从而可在很宽的范围内对长周期光纤光栅(LPG)的折射率特性进行数值仿真。与实验结果进行了对比, 证明了该算法对求解拥有多个复数根的超复杂超越方程是一种比较有效的方法, 这对于应用该算法研究更多包层光栅及镀膜光纤光栅的其他特性具有一定的意义。

利用光波导的耦合模理论分析了长周期光纤光栅(LPFG)的折射率传感特性，给出了LPFG的谐振波长相对于环境折射率变化时的漂移量解析表达式。对LPFG的折射率传感特性进行了数值模拟。结果表明: 在光栅周期不变的情况下，当包层折射率小于且接近外界环境折射率时，波长的漂移量增大，且对应的模次越高、包层半径越小、包层折射率越小，波长漂移量越大，即LPFG对应于外界折射率传感灵敏度得到显著提高; 当外界环境折射率大于包层折射率时，光栅的谐振波长将近似不变。

为了研究长周期光纤光栅透射谱的温度特性, 采用光纤3层模型进行了仿真研究, 得出了1阶低次包层模与导模耦合时透射谱的变化规律。结果表明, 在低温度范围内, 其透射峰的深度基本不受温度的影响, 不同谐振波长对应不同的温度灵敏性, 次数越高灵敏度越高, K7=0-04951nm/℃, K3=0-04246nm/℃, 但同一谐振波长对温度的响应具有良好的线性关系。

利用光纤3层模型理论, 通过仿真研究发现长周期光纤光栅结构参数与透射谱的变化有规律性关系, 给出了一阶低次包层模与导模耦合时透射谱的变化规律。当长周期光纤光栅的纤芯、包层的半径和折射率增大时, 谐振波向短波方向漂移; 当长周期光纤光栅周期增大时, 谐振波向长波方向漂移; 当长周期光纤光栅长度增加时, 谐振波没有漂移现象, 但是其深度减小。通过综合分析发现: 谐振波漂移方向比较明确, 但是损耗峰深度的变化并没有明显的规律。

用粒子群优化(PSO)算法对二元相位取样光栅进行优化设计。实现了利用二元相位取样光栅对多信道色散和色散斜率的同时补偿。设计得到的二元相位取样光栅的反射谱各信道均匀，时延线性好，带宽、色散量和色散斜率可以根据实际的光纤类型来调整，对折射率调制要求较低。由于只有π相移，因此其制作比多级相位取样光栅相对简单。与其他优化方法相比，粒子群优化算法具有简单、收敛速度快等优点。