利用有限元法和局域耦合模理论对空芯光子带隙光纤成栅机理进行了分析。建立了空芯光子带隙光纤包层空气孔塌缩模型，分析计算了纤芯基模(LP01)和一阶包层模(LP11)在塌缩区域内有效折射率分布和耦合系数分布，得到了LP01和LP11耦合的传输谱。在此基础上研究了光纤结构参数(空气孔直径和孔间距)、光栅参数(光栅周期和周期个数)、塌缩程度和塌缩方式对谐振波长的影响。研究结果表明，随着空气孔直径的增大、孔间距的减小、光栅周期的增大和塌缩程度的减小，其谐振波长向短波方向发生漂移；随着周期个数的增大，其谐振波长未发生明显漂移；此外，与圆对称塌缩相比，非对称塌缩谐振波长向短波方向移动。

提出栅格周期、光栅长度、级联间距不同的两个长周期光纤光栅级联(CLPG)模型，采用传输矩阵法和耦合模理论对两个长周期光纤光栅级联的光谱特性进行了研究。理论分析表明，级联间距对CLPG透射谱损耗峰的位置影响很小；在一定波长范围内，对特定结构的CLPG，其数值模拟的透射谱为一条直线，出现“光栅透明”现象；依据建立的理论模型，分析并推导出“光栅透明”条件。在CLPG写制实验中，适当调整光栅周期和光栅长度，使其满足“光栅透明”条件，测量光谱显示CLPG透射率几乎为0 dB，实验证明了“光栅透明”现象的存在。

为了有效消除光源抖动及系统不稳定因素给光纤传感器带来的噪音干扰，提高光纤传感器的准确度，本文提出了一种基于光子晶体光纤长周期光栅的差分算法.利用光子晶体光纤长周期光栅良好的温度稳定性及宽光谱滤波特性，同时监测位于光子晶体光纤长周期光栅透射谱正负斜率线性区域内的两个信号功率变化.这两个信号是经同一路径到监测设备的，包含光源抖动以及系统其它不稳定因素带来的噪音干扰，对这两个信号进行差分处理即可有效消除噪音干扰,并将其应用于光纤环镜温度传感器.结果表明:通过基于光子晶体光纤长周期光栅的差分处理，在光源功率变化±10%的情况下，差分值基本保持不变，由此获得的温度测量值与真实值相对误差分别为0.04和0.03；与未引入差分算法相比，传感器准确度从约76%提高到约97%.本文提出的基于光子晶体光纤长周期光栅的差分算法可以有效消除光纤传感器内功率抖动所带来的噪音干扰，大大提高系统的准确度.

利用级联长周期光纤光栅与具有宽带反射功能的啁啾光纤光栅，构成了一种反射型的光纤光栅梳状滤波器.由于光在输出前经过两次干涉滤波作用，所以该梳状滤波器的消光比与透射输出型(即反射前)相比，增加了一倍.而且，通过调节啁啾光纤光栅的反射带宽，可以改变滤波器输出信道的数目.实验中利用弹性梁弯曲的方法，获得了两个可调的光纤光栅梳状滤波器，其信道数可分别在1~5和3~9之间的奇数间调谐(如果改变啁啾光纤光栅的初始中心波长，也可以获得偶数信道间的调谐).

将修正的矢量等效折射率模型和耦合模理论相结合,系统地研究了光子晶体光纤长周期光栅(PCFLPG)的特性。验证了光子晶体光纤长周期光栅的双谐振峰特性;定量地研究了光子晶体光纤结构参数如空气孔间距、相对孔径比和光栅参数如光栅周期、光栅长度、折射率调制深度和光栅啁啾量对光栅谐振峰强度和谐振波长的影响。研究结果为光子晶体光纤长周期光栅在光纤通信、光纤传感等方面的应用提供了理论依据。

从模式耦合理论出发,用数值计算的方法分析了长周期光纤光栅的包层模中各不同阶次模式的有效折射率及其交/直流耦合系数随波长以及阶次的变化规律.研究发现包层膜有效折射率、直流耦合系数及奇数阶次的交流耦合系数都随着波长的增加而减小.而阶次高的模式对应的有效折射率以及奇数阶交流耦合系数随波长的变化速率较之低阶次的来说要大.进一步分析了直流耦合系数对谐振峰值位置的影响,并且揭示了相邻谐振波长的峰值位置之差随波长而逐渐增大的原因.