从麦克斯韦方程出发，推导了长周期光栅耦合器在折射率、增益、损耗复合调制下完整的耦合理论模型。在此基础上，详细分析了该复合调制长周期光栅耦合器直通与交叉臂间的功率耦合和多波长滤波特性。结果表明，当增益/损耗调制与折射率调制作用相等时，复合调制长周期光栅耦合器具有单向非互易的功率耦合特性，而且随着多波长复用信号输入光纤和输入方向的不同，具有不同的上下话路滤波特性。在增益调制作用下，满足相位匹配条件的信号不仅可有效地耦合到交叉臂下话路输出，还能得到明显的放大；但当损耗调制时，直通与交叉臂中的信号功率均保持各自的初值，而且不再具备波长选择滤波能力。

全光纤上下话路滤波器是光纤通信系统中的重要器件。光纤布拉格辅助失配耦合器型上下话路滤波器是非干涉型的,易于制作,并且稳定。采用波长为248 nm的紫外光在由标准单模光纤和自制的高掺锗光敏光纤熔融拉锥制作的2×2光纤耦合器上写入光纤光栅,实现了全光纤多端口上下话路滤波器。实验中获得了最大反射率约为20 dB,带宽约为2 nm的上下话路滤波器。实验分析表明在耦合器耦合区的均匀部分写入一定长度的啁啾布拉格光栅,或在耦合区的不均匀部分写入一定长度的均匀布拉格光栅,均可获得峰值反射率较高和带宽较大的光纤布拉格辅助失配耦合器型上下话路滤波器。

通过在光纤消逝场间的耦合作用中引入光栅折射率调制扰动，推导出用于分析各种光纤光栅耦合器型滤波器滤波响应特性的统一耦合模方程。使用Broyden迭代结合打靶法求解耦合模方程，数值计算了两光纤匹配﹑只将光栅写入耦合区的一个光纤上时的光栅破坏耦合器型上下话路滤波器各端口的滤波响应特性。详细地分析了光栅参数对下话路反射率和带宽特性的影响，讨论了耦合区长度及光栅写入位置对下话路滤波响应和透射响应的影响，并使用高斯切趾改善滤波响应。通过优化参数，可以使光栅破坏耦合器型上下话路滤波器达到99%的下话路效率。

利用两布拉格光栅反射作用的联合效应形成的双光栅耦合器,具有结构紧凑、滤波效率显著加强的优点。通过详细分析光栅写入特性对器件性能的影响,指出优化光栅在耦合区中的位置,不仅可以使得满足布拉格匹配条件的信号最大效率地下话路输出,还能有效消除背向回波干扰。在此基础上,调节光栅写入长度和紫外折射率调制强度,设计制作出一种结构平衡、上下话路滤波响应同时改善的新型双光栅耦合器。并且在实验中发现,耦合区的非均匀是造成下话路响应平坦性恶化的主要因素,为改进熔融拉锥工艺、进一步提高双光栅耦合器的滤波性能提供了依据。

从麦克斯韦方程组出发,通过将光纤波导扰动和光栅折射率调制扰动效应转换成等效的耦合系数,推导出光纤布拉格光栅耦合器的统一特征方程。采用打靶法并结合朗格-库塔(Runge-Kutta)数值积分对两种光纤布拉格光栅耦合器型上下话路滤波器的传输特性进行了详细的分析。结果表明,对于光栅破坏耦合器,利用光栅引入的强色散效应,滤波器的波长选择能力得到极大的提高,低于1 nm的带宽能够满足波分复用(WDM)系统的需求,并且当光栅调制的等效耦合远远超过两光纤消逝场间的耦合效率时,不仅有效地抑制了反射信号,使满足布拉格匹配条件的信号透射输出,还消除了旁瓣纹波;而对于光栅辅助耦合器,其非干涉本质使得器件性能更加稳定,并可通过调整光栅长度进一步改善滤波响应。