利用镀自组装薄膜的双峰谐振长周期光纤光栅（LPFG）实现了高灵敏的折射率传感，给出了提高镀膜双峰谐振光纤光栅对环境折射率（SRI）灵敏度的途径。确定最佳镀膜厚度，使光纤包层模位于模式转换区附近；调整光纤半径，使镀膜后光栅的双峰位于相位匹配转折点(PMTP)附近，给出了确定最优膜厚和光纤半径的方法。将不同半径的双峰光栅镀自组装聚丙烯胺盐酸盐(PAH)/聚丙烯酸 (PAA)薄膜后，放入不同浓度的葡萄糖溶液中进行折射率传感实验。结果表明：通过优化光纤半径和薄膜厚度，镀膜后工作于模式转换区附近和PMTP附近的双峰光栅对1.333~1.372范围内折射率的灵敏度高达3985 nm/RIU（RIU为单位折射率），明显高于不在模式转换区或PMTP附近的光栅，亦高于已报道的非双峰镀膜长周期光纤光栅。

基于耦合模理论，研究了镀金属两层膜系长周期光纤光栅（LPFG）的模式转换及其折射率响应特性。从表面等离子体共振(SPR)的激励条件和模式转换发生条件出发，指出镀金属两层膜系LPFG中的SPR和模式转换不会同时发生，在此基础上分析了镀金属两层膜系LPFG包层模有效折射率随敏感薄膜厚度的变化，发现镀金属两层膜系LPFG的模式转换区域比镀膜LPFG的转换区域要宽，且模式转换区域内第一次转换时的有效折射率变化斜率比镀膜LPFG的大，意味着在该区域其对敏感膜层的变化有更高的响应。考察了金属薄膜厚度对镀金属两层膜系LPFG包层模有效折射率的影响，结果表明，随着金属薄膜厚度的增加，第一次转换时有效折射率的变化斜率逐渐增加。分析了第一次转换时镀金属两层膜系LPFG透射谱对敏感薄膜折射率变化的响应特性，结果表明，镀金属两层膜系LPFG传感器对敏感薄膜折射率的灵敏度明显高于镀膜LPFG，对敏感薄膜折射率的灵敏度的分辨率可达10-6。

提出一种基于波分复用(WDM)的长周期光纤光栅（LPFG）光化学多参量传感技术。利用均匀LPFG相邻级次包层模耦合谐振峰间的波长间隔，通过设计不同传感单元LPFG的光栅周期，进一步通过包层腐蚀或镀膜调整各LPFG特征峰位置，使各LPFG的特征峰在观察波长范围内相互错位。前一个LPFG激发的包层模不能传输到下一个LPFG，不同参量变化引起的各LPFG特征峰移动相互独立，通过考察系统输出复合谱中各特征峰的偏移可得各参量值。实验中利用镀聚炳烯胺盐酸盐/聚丙烯酸(PAH/PAA)薄膜LPFG、薄包层LPFG和镀TiO2/SnO2复合薄膜LPFG组成多参量传感系统，实现了对pH值、NaCl溶液浓度和相对湿度(RH)三个参量的传感。基于WDM的LPFG光化学多参量传感原理与结构简单，各LPFG的结构设计可独立进行，适用于对多个光化学环境参量的分布式测量。

基于耦合模理论，根据镀膜长周期光纤光栅（LPFG）包层模有效折射率随膜层参数的变化，指出了模式转换区的划分及特点，考察了模式转换区及其附近LPFG透射谱折射率的响应特性。从传感器设计角度，进一步针对波长偏移和透射率两种检测类型，给出了两类灵敏度的定义，讨论了模式转换区及其附近灵敏度随薄膜参数与光栅参数变化的关系，通过优化设计，给出了高灵敏度对应的最佳设计参数带及区域。结果表明，选择合适的膜层参数与光栅参数，利用波长偏移和透射率两种检测方法，该传感器对薄膜折射率的分辨率均可达10-7以上，且模式转换区适合于制作波长偏移型的传感器，模式转换区附近则适合用于制作透射率型传感器。

基于耦合模理论，研究了镀吸收型薄膜长周期光纤光栅（LPFG）的模式转换及其折射率响应特性。讨论了镀膜LPFG包层模有效折射率随薄膜厚度的响应特性，从模场分布和波导传输本质上统一了模式转换与模式跳变两种表述。在此基础上分析了镀吸收型薄膜情形下LPFG包层模有效折射率实部与虚部随膜厚及薄膜折射率的变化，给出并解释了高阶和低阶包层模发生的一步、二步模式转换情况，进一步考察了薄膜消光系数对模式转换区域的影响。结果表明，薄膜消光系数对模式转换区域变化的影响很小。最后研究了转换区及其附近区域的镀吸收型膜LPFG透射谱的折射率响应特性，发现靠近模式转换区相较于模式转换区，LPFG对薄膜折射率分辨率高出近一个数量级，而模式转换区域采用简易的透射率相对变化进行检测，对薄膜折射率的分辨率也高达10-5以上。

基于光纤光栅的模式耦合理论，采用传输矩阵法对啁啾长周期光纤光栅(LPFG)的超宽带滤波特性进行了分析。研究表明当啁啾LPFG的纤芯模同时与同向传输的多个阶次的包层模发生耦合，且与多个不同阶次包层模对应的谐振峰交叠时，其传输谱带宽可扩展到500 nm以上，可用做超宽带带阻滤波器。传输谱带宽随模式序数、啁啾系数、光栅长度、周期和折射率调制量的增加单调递增，但随光纤包层半径的增大单调递减。采用高斯折射率切趾技术抑制了传输谱旁瓣，为设计超宽带滤波器提供了新的方法。

研究了镀膜相移长周期光纤光栅(PS-LPFG)工作于相位匹配转折点(PMTP)时的大间隔双峰滤波特性。LPFG工作于PMTP时，纤芯模与高次包层模耦合产生的损耗峰3 dB带宽可达288 nm以上，在此LPFG中点引入单个π相移时在中心波长两侧出现的两个阻带峰间隔达388 nm，远大于低次包层模耦合π相移LPFG的双峰间隔。在LPFG中均匀地引入M（M>1）个π相移时，双峰间隔随M的增大而增大，M为奇数时，中心波长损耗为0；M为偶数时，中心波长损耗随M的增大而减小。薄膜折射率与厚度的增加都将使两个阻带峰向短波长方向移动并增大双峰间隔。光栅长度的增大在改变双峰峰值损耗的同时使双峰间隔逐渐减小。

基于耦合模理论及传输矩阵法，给出了级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅系统(CLBG)的耦合模方程与总传输矩阵，理论模拟了CLBG的反射谱，得到的反射峰位置与已知文献中所给出的两个反射峰的位置关系相吻合。在此基础上，模拟了镀膜CLBG之间的光纤长度、薄膜折射率、薄膜厚度等参数对反射谱的影响。由仿真结果可知，CLBG反射峰中受长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅共同影响产生的反射峰对外界环境的变化非常敏感，其对薄膜折射率的分辨率较单个镀膜长周期光纤光栅高2个数量级，表明CLBG在薄膜传感领域具有重要的应用价值。

介绍了pH光纤化学传感器的检测原理、酸碱指示剂的作用机理及其固定方法，比较了固定不同酸碱指示剂制备的pH光纤化学传感器的性能，并介绍了pH光纤化学传感器的几种光学检测方法，重点阐述了pH敏感材料和pH检测方法上的最新进展，最后展望了pH光纤化学传感器今后的研究发展趋势。

利用长周期光纤光栅（LPFG）中的双峰谐振效应，结合表面等离子体共振（SPR）传感器的高灵敏度，提出了一种新型镀金属光纤光栅液体浓度传感器。采用双包层结构模型和耦合模理论，分析了镀金属长周期光纤光栅双峰效应的谐振特性，环境折射率的传感特性以及金属膜厚对双峰LPFG灵敏度的影响。实验上制作了具有双峰效应的镀银膜长周期光纤光栅，并进行了NaCl盐溶液浓度的监测实验。结果表明，随着盐溶液浓度的增大，双峰谐振峰相互远离，各自向短波和长波方向偏移。选择银膜厚为103 nm的光纤光栅传感器，对溶液折射率分辨率可达1.8×10-5。进一步通过与基于双峰效应的无镀膜光纤光栅和普通单峰光纤光栅的盐溶液传感实验的比较，表明基于双峰效应镀金属长周期光纤光栅传感器对溶液浓度的监测灵敏度明显高于前两者。