利用飞秒激光搭建的双光子聚合系统，成功制作出微纳长周期光纤光栅（MLPG）。该系统通过计算机控制三维位移平台完成结构的制作，可编程实现光栅的自动化制作，并全程监控光栅的制作过程。与传统制造方法相比，基于双光子聚合的制造方法，在光纤表面使光刻胶周期性的发生双光子聚合完成MLPG的制作。因此在形成光栅时不依赖光纤基底的变化，该长周期光栅（LPG）结构形成于光纤外表面，适用于不同种类光纤上的LPG制备。在直径为6.9 μm的微纳光纤上制造了8个周期为95 μm的光栅块，在1331 nm波长处观察到了13.5 dB的传输谱损耗峰。实验结果表明，MLPG的温度灵敏度与折射率灵敏度分别达到了1.39 nm/℃、2207.89 nm/RIU（RIU为单位折射率）。

本文在正六边形光子晶体光纤长周期光栅包层空气孔中选择性填充液体材料,设计并优化一种高灵敏度长周期光栅双谐振温度传感器。基于模式耦合理论建立光纤光栅传感模型,发现在包层空气孔填充特定折射率液体材料后,同一光栅周期下,模型分别在短波长、长波长处出现透射谐振峰,然后利用全矢量有限元法在完美匹配层边界条件下对模型的温度特性进行了数值分析。结果表明:当包层空气孔中填充磁流体时,随着温度的升高,左峰(短波长处)中心波长蓝移,右峰(长波长处)中心波长红移,且左、右峰间隔随温度变化曲线近似线性,其温度灵敏度为11.40 nm／℃;当第一层空气孔中填充折射率温度系数更高的乙醇,其他空气孔中填充磁流体时,左、右峰间隔的温度灵敏度为2.99 nm／℃。

长周期光纤光栅是对周围环境比较敏感的一种无源光学器件, 由于其具有无后向反射、对折射率灵敏度高、体积小、易于集成化、不受电磁干扰、耐酸碱腐蚀、不需要参比电极等诸多特点, 在折射率传感领域备受关注。自从2000年Bentley研究组第一次将长周期光纤光栅用于抗原的检测以来, 经过十余年的发展, 长周期光栅在生物物质的检测方面取得了很大的进展, 已被用于抗原抗体、细菌病毒、蛋白质、DNA、酶及核酸等诸多生物物质的检测。本文对长周期光纤光栅近年来在生物传感领域的研究进展和应用进行了总结和评述, 并对长周期光纤光栅在生物物质检测方面的未来发展趋势做了展望。

聚合物光纤光栅不仅具有体积小、质量轻、柔软、成本低等诸多优点, 还因聚合物自身的特性而具有灵敏度高、响应范围宽、生物兼容性等优良特性。首先梳理了聚合物光纤的光敏性机理, 概述了聚合物光纤光栅制备的刻蚀光源和方法; 其次根据聚合物光纤的组成材料, 概述了多种聚合物光纤光栅的制备进展和性能指标, 包括聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物TOPAS、透明无定物氟聚合物CYTOP和聚碳酸酯。总之, 目前聚甲基丙烯酸甲酯聚合物光纤光栅的研究占主导, 而基于新型材料的聚合物光纤光栅因自身独特的优势也逐渐受到重视。

本文设计了一种单端面长周期光栅透射模式折射率传感器。首先, 将2×2单模光纤耦合器输入端的一个光纤接头与光源相连接、输出端的两个光纤接头分别与光谱分析仪和长周期光栅的一个光纤接头相连接。然后, 在包含长周期光栅的光纤另一个端面溅射反射银膜。最后, 以一系列不同折射率的甘油水溶液为待测液体介质研究了直接透射模式与单端面镀银膜模式下长周期光栅的响应光谱的异同。实验结果表明: 单端面镀银膜的长周期光栅的响应光谱仍然以透射谱的形式出现。对于同一种液体, 单端面镀银膜的长周期光栅与直接透射模式的长周期光栅的响应光谱有着近乎相同的谐振波长值, 但它们的光损耗存在一定的差异。在0~80%的甘油溶液中, 直接透射模式下的光损耗从-1292 dB变为-1628 dB, 再逐渐变到-1322 dB; 单端面镀银膜模式下的光损耗从-1313 dB变为-1374 dB, 再逐渐变到-1145 dB。与直接透射模式相比, 单端面镀银膜的长周期光栅的相对光损耗与甘油浓度的线性关系更加良好。本研究设计的长周期光栅测量系统采用单端面探头的方式检测环境介质, 因而在测量中操作更加灵活方便, 非常适合于远距离、恶劣环境或深层液体环境中的折射率测量。

提出了一种改进型边缘滤波波长解调技术, 解决干涉型或谐振型光纤传感器输出的干涉谱波长的快速解调问题。 该波长解调技术基于啁啾光栅和长周期光栅的光谱特点, 以啁啾光栅作为矩形滤波器, 提取传感器输出干涉谱的一个干涉峰; 以长周期作为边缘滤波器, 将干涉峰的波长信息转化为光强信息进行检测。 该波长解调技术波长解调范围为传感器输出干涉谱的一个自由光谱范围（FSR）, 解调速度快, 克服了当前波长解调技术中存在的测量范围与测量速度难以同时提高的问题, 同时还具有系统成本低 , 体积小, 能够灵活多路扩展的特点。 详细介绍了解调系统的工作原理以及系统结构, 并将其实际应用于一种干涉型光纤电流传感器输出干涉谱的波长解调中。 通过实验证明电流传感器工作在工频及脉冲电流（脉冲宽度25 μs）情况下, 该解调系统对传感器输出干涉谱具有准确、 快速的解调效果。 该研究对推进干涉或谐振型光纤传感器的实际工程化水平的提高具有重要意义。

为了实现长周期光栅透射谱测量模式的远距离监测, 设计了单端面镀反射膜的测量装置系统, 对单端面镀银膜长周期光栅的传感原理做了分析,并从实验的角度分别对单端面镀银膜模式系统和直接透射模式系统的长周期光栅在不同折射率的环境介质中的响应进行了研究, 比较了它们的异同。首先, 采用2×2单模光纤耦合器分别连接光谱分析仪、光源、长周期光栅。然后, 在包含长周期光栅的光纤的另一个端面制备反射银膜。最后, 通过测量一系列不同折射率的环境介质, 比较了直接透射模式与单端面镀银膜模式下的长周期光栅的响应光谱。实验结果表明: 采用波长解调表达时, 对于同一种环境介质, 两种模式下长周期光栅的响应光谱的谐振波长基本相同; 采用功率/峰值解调表达时, 随着甘油浓度从水变为80%的甘油溶液, 直接透射模式下的光损耗从-6.05 dB变为-9.22 dB, 单端面镀银膜模式下的光损耗从-8.03 dB变为-11.33 dB。与直接透射模式相比, 单端面镀银膜的长周期光栅光谱中的相对光损耗明显增加, 谐振峰更尖锐, 更有利于谐振波长和谐振峰光损耗值的识别。本研究设计的单端面镀银膜的长周期光栅测量系统不仅保留了长周期光栅透射谱的感应模式, 而且使长周期光栅在对环境介质的测量中操作更加灵活方便, 尤其是在远距离、恶劣环境或深层液体的折射率测量中具有独特的优势。

为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸, 通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系, 因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化, 据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明: FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和1298 pm/℃, 而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为19646 nm/RIU和1093 pm/℃。因此, 根据双参数传感矩阵, 该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。

在全正色散(ANDi)系统中，报道了最高为21阶的被动谐波锁模(HML)掺Yb光纤激光器。利用级联长周期光纤光栅(C-LPFG)作为全光纤结构的光谱滤波器，以非线性偏振演化(NPE)效应作为锁模机理，得到了重复频率可调谐的被动谐波锁模掺Yb激光输出，实现输出脉冲重复频率1.544~32.42 MHz的可调谐。并进一步论证了谐波阶次的提高不仅与抽运功率有关，而且与光纤的长度有关。