光纤光栅实质上是一种把光限定在内部进行传输的光类器件，光纤光栅的研究最初主要集中在光纤布拉格光栅（FBG）。FBG的周期小于1微米的光纤光栅,是一种性能优良的窄带带阻滤波器或反射式窄带滤波器，但渐渐这种短周期的光纤光栅不能完全满足人们处理各种情形的要求。随着对光纤光栅技术深入研究,人们开始研究周期为几百微米可以实现同向模式间耦合的长周期光纤光栅（LPFG），其耦合特征是纤芯中传输的基模和包层中传输的不同阶次的包层模之间产生能量交换，拥有更高的环境传感灵敏度，它的诸多优点得到了人们越来越广泛的重视并且迅速成为光纤光栅技术研究中一个新的研究热点。

    长周期光纤光栅作为一种透射型光栅，其周期通常在几十微米到1mm的范围内。它的谐振波长和强度对外界环境的变化非常敏感，例如对外界温度、应力、弯曲、横向负载和折射率等都比较敏感，尤其是长周期光纤光栅的温度灵敏度更大更加适用于光纤传感领域。自从首次制成长周期光纤光栅，并利用长周期光纤光栅制作带阻滤波器和增益均衡器以来，国内外都对长周期光纤光栅的理论、光谱特性、制备技术以及传感特性等各方面进行较为全面的研究。和最早的布拉格光纤光栅相比，目前对长周期光纤光栅的理论研究还并不是非常完善的。我们在对相关文献进行理解的基础之上，对长周期光纤光栅的耦合理论等进行系统的研究，旨在实现对长周期光纤光栅的制作、光谱特性以及传感特性研究分析。

    从长期的研究和实验结果可以知道，长周期光纤光栅的制作技术对于最终光纤光谱特性影响很大。但由于长周期光纤光栅周期长达数十至数百微米，它们对写入设备的要求相比布拉格光纤光栅就要弱很多，例如不需要再利用相干的研究，也不需要利用相位的模板等等。长久以来，各种制备方法和工艺已经出现。现在常用的写入方法主要有微弯法、电弧法、腐蚀法、CO2激光脉冲法等。本论文中主要讨论的制作方法主要是利用高频CO2激光脉冲的实现方法。

    长周期光纤光栅在传感领域应用已经发展很多，但是还有很大的发展空间，仍有很多的研究价值和拓展价值。

1 光纤光栅相关理论研究

1。1周期光纤光栅的耦合模理论

   相关研究可知光在波导中传输形式是驻波，并且各驻波有自己的性质（一个模式）。在普通的单模光纤中，我们可以认为光纤的结构是严格对称并且是没有缺陷的，互相传播独立正交，在传输过程中这些模式互不干扰，能够稳定的传输下去。但是，这种均衡也有会被破坏的时候，此时就相当于原子的正交态中产生了细微扰动，此时就会发生光波的传输模式之间的能量传递，在光纤中就是光波的模式和模式之间产生了能量的传递，我们称之为模式耦合。一般对于光纤光栅来说，光致折变量比十的-2级数还要小，即本征的模的场也就基本上不变化。这也就告诉我们，我们主要还是只需要考虑能量在模式之间的传递。 据以上分析，我们可以通过本征模来表示各种传输模式，然后可以用相关的一些设置条件推导出长周期光纤光栅的耦合模方程。我们假定在制备光纤光栅的过程中，纤芯的折射率发生改变，包层的折射率没有发生任何变化，绘制的相关图如下： 

图 1。1 长周期光纤光栅结构示意图

    假定在受照射性质发生改变的光纤上加上一定的扰动（波），其折射率空间分布会得到如下的公式: 

    此式中，n 1是原始纤芯折射率,σ（z）是光纤光栅折射率分布的包络，ν 是条纹可见度，φ(z)是光栅的额外添的相位，Λ 是光纤光栅的折射率微扰周期，简称光栅周期。