基于光纤光栅的模式耦合理论, 用传输矩阵法对长短周期级联光纤光栅的传输谱特性进行分析。先由耦合模方程分别得到长周期光纤光栅(LPFG)、连接光纤段和短周期光纤光栅 (FBG)的传输矩阵, 然后将它们相乘得到总的传输矩阵, 最后再结合边界条件求得长短周期级联光纤光栅(CLBG)的传输谱。进一步对CLBG的传输谱进行了数值模拟, 并通过实验进行了验证。实验结果表明, CLBG的传输谱中出现了由纤芯模和包层模耦合形成的两个谐振峰, 与模拟计算的结果一致, 证明了传输矩阵法求解CLBG传输谱的可行性, 为CLBG在多参量传感和测量领域的广泛应用提供了理论支持。

通过理论模拟和实验研究了级联倾斜长周期长纤光栅(CTLPFG)的传输谱特性。基于耦合模理论和传输矩阵法，分析了级联长度、级联位置、级联个数和光栅倾角对级联倾斜长周期光纤光栅传输谱的影响：级联长度和级联位置对CTLPFG 和级联长周期光纤光栅(CLPFG)传输谱的影响是一致的；随着光栅倾角的增大，CTLPFG 的二阶包层模对应的损耗峰增强，三阶包层模对应的损耗峰变化不明显，且二阶包层模显著强于三阶包层模，二阶模的传输谱对60 °以上的光栅倾角的变化很敏感；级联段数的增加可以明显增加通带的宽度，且通带宽度与级联段数呈很好的线性关系(回归系数为0.9988)，表明CTLPFG 在双峰滤波器中有良好的应用价值。实验上，利用逐点写入法刻制了CTLPFG，通过实验结果和理论模拟结果的比较分析，发现实验和理论结果表现出较好的一致性。

为解决长周期光纤光栅 (LPG)折射率测量时的温度交叉敏感问题, 利用布喇格光纤光栅 (FBG)对环境折射率不敏感的特点, 将其与长周期光纤光栅 (LPG)级联, 构成具有温度补偿的折射率传感方案。实验结果表明: 随着温度的变化级联光栅的两个透射谐振波长都有线性变化, 而改变溶液折射率时只有一个透射谐振波长改变。因此, 可以利用级联光栅对折射率和温度双参量进行同时测量, 补偿因温度变化产生的测量误差。

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。

简要回顾了光纤光栅的发展、基本分类。在介绍光纤光栅基本特性及其在通信、传感中的应用的基础上, 讨论了级联光纤光栅的结构、工作原理、分析方法、基本性质, 以及它在传感和通信领域中的应用。展望了级联光纤光栅在传感、通信及其他领域的发展前景。

为实现多参量同时传感测量并消除交叉敏感，提出一种新型的基于两个不同周期的级联长周期光纤光栅的多参量传感测量方案。通过对不同周期的长周期光纤光栅传感特性的研究，发现具有不同周期的、且谐振峰位于不同波段的长周期光纤光栅对相同外参量的变化具有明显的敏感差异，基于此特性可设计多参量传感器。实验中通过控制写制参数和写制周期，利用CO2激光器成功写制出具有该特性的级联长周期光纤光栅，并实验研究了该级联长周期光纤光栅的温度和折射率传感特性，实验结果显示该级联光栅中两个不同谐振峰分别对温度和折射率具有不同的响应灵敏度,可以很好地实现双参量传感测量。

给出了基于均匀级联光纤光栅的全光纤可调谐脉冲压缩器的结构设计.对皮秒脉冲在此压缩器中的演化过程进行了数值模拟和分析.数值结果表明,适当选择光纤光栅及入射脉冲的参数,脉冲能够得到有效压缩.进一步的研究发现,如果脉冲光源带有一定的负啁啾,脉冲将被压缩的更窄,而且所需的光栅长度也明显减小.