基于模式耦合理论和传输矩阵法，使用三层结构圆光波导模型对长周期光纤光栅（LPFG）包层模（HE14）的响应特性进行仿真和分析。通过对比分析外部环境折射率呈梯度分布时与呈均匀分布时的LPFG透射谱，发现谱线中除了损耗峰发生漂移以外，主峰左侧旁瓣深度增加，主峰右侧旁瓣深度减小，且随外部环境折射率的升高，这种变化趋势愈加明显，分析了透射谱发生相应变化的原因。研究结果对使用LPFG进行折射率梯度传感设计具有一定意义。

通过模式耦合理论, 建立了基于长周期光纤光栅(LPFG)的二层圆光波导模型; 结合传输矩阵法, 仿真得到了外部介质折射率呈线性分布情况下LPFG的透射谱。仿真结果表明: 该结构下的LPFG透射谱特性强烈依赖于外部介质折射率梯度, 当外部介质折射率梯度升高, 透射谱的损耗峰深度逐渐降低, 损耗峰3dB带宽逐渐增加, 且增加量与折射率梯度的增加量呈较好的线性关系; 当外部折射率梯度由1.111 1×10-7 riu/mm增加到1.111 1×10-5 riu/mm时, 其梯度灵敏度可达到2.2×107 nm·mm/riu。这一结果使折射率梯度的高灵敏度测量成为可能, 为设计和制作基于LPFG的折射率梯度传感器提供了一定的理论依据,并有望用于生化反应中微小尺度下折射率呈梯度分布的液相介质的测量。

基于光波导理论和传输矩阵法, 研究了光纤Bragg光栅(FBG)折射率传感器在非均匀液相介质下的响应特性。在数值计算中, 分别考虑高折射率区(1.42～包层折射率)和低折射率区(1.33～1.36)两种情况, 并假设非均匀液相介质的折射率分布为线性函数, 仿真结果表明, FBG的反射谱特性强烈依赖于介质折射率分布函数的某些特征参数, 比如折射率沿FBG轴向的分布梯度、折射率在FBG两端的差值。研究结果对FBG折射率传感器在生化传感中的应用具有一定意义。

研究结构化光纤Bragg光栅（FBG）在折射率（RI）呈线性分布的液相介质环境下的响应特性。数值仿真结果表明，结构化FBG的反射谱特性强烈依赖于液相介质折射率（RI）的线性分布函数的某些特征参数，比如液相介质的RI沿FBG轴向的分布梯度、RI在FBG两端的差值等。基于理论仿真结果，建立了结构化FBG在低RI区（1.330~1.360）对液相介质的RI梯度进行测量的线性近似理论模型。通过相关实验研究，证明了理论仿真和分析的合理性及基于结构化FBG的RI梯度传感器在现实应用中的可行性。

基于光波导理论与光纤布拉格光栅(FBG)的模式耦合理论，对倏逝波FBG传感器的能量衰减特性进行了分析研究。最后得到了FBG的归一化反射率的表达式，它是外部介质折射率(SRI)和FBG纤芯直径的函数。理论仿真显示FBG归一化反射率会随着SRI增大和FBG腐蚀程度的加深而减小，呈非线性关系。实验结果也证明增大SRI(小于包层介质折射率) 或者增大FBG的腐蚀程度都会使光纤纤芯中的传输能量减小，增强倏逝波与外部媒介的相互作用，从而增加传感器的灵敏度。