目前光纤光栅作为传感器,凭借其体积小、易集成、抗电磁干扰能力强等优点已经被广泛地应用于航天、电力、医疗等各个领域。但工作环境中仍存在一些尚未解决的影响光栅传感性能的因素。例如在航天环境中,存在极端低温环境(小于-100℃)会严重影响光纤光栅的测温性能。本文通过理论仿真结合实物制作的方式,采用表面镀金属的增敏封装方案,研究表面镀金属光栅在超低温环境中的性能。本文主要工作情况如下:(1)介绍了光纤光栅温度传感器的多领域应用以及国内外对超低温环境下光纤光栅温度传感器增敏封装的研究进展。研究了表面镀金属光栅的发展过程和现状,同时介绍了其他增敏方案及其缺点,最后选择表面镀金属方案进行本次课题研究。(2)推导光纤光栅耦合模理论和矩阵传输理论,通过耦合模理论研究布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的反射频谱和时延特性,分析改变中心波长、折射率调制深度等参数对频谱的影响。研究光纤光栅温度传感器理论,并结合力学相关理论推导镀金属FBG数学模型。研究模型中线性热膨胀系数、弹性模量等参数对传感性能的影响,用MATLAB仿真软件进行仿真,得到这些参数和温度灵敏度的关系曲线和三维仿真图,研究材料参数对温度传感性能的影响。通过模型研究各种金属镀层厚度与温度灵敏度的关系曲线,对比分析选择铜作为实物制作实验的镀层金属。(3)通过COMSOL对镀铜FBG进行超低温仿真。研究低温环境中,不同镀层厚度对光栅形变的影响,对光栅收缩位移和温度的关系进行仿真。研究低温下FBG受力和发生的形变随温度的变化过程,对153K时的静态受力和形变情况进行具体分析,研究其在测温过程中的具体工作原理。通过仿真模拟镀铜FBG在超低温环境下的波长变化,计算中心波长随温度变化数据,对数据进行曲线拟合,发现低温状态下温度灵敏度会随着温度改变而发生变化。(4)研究目前常用的光栅表面镀金属方法,并选择化学镀作为主要实验方法。设计镀金属工艺流程,先经过去保护层、去油、敏化、活化的预处理操作,再进行化学镀。配置相关溶液,制作镀铜FBG实物,通过控制反应时间制作出镀层厚度约为10μm、20μm和30μm的镀铜FBG。对制作完成的镀铜FBG进行常温下传感性能测试实验,三根光栅温度灵敏度分别为14.69 pm/K、17.06 pm/K和19.34 pm/K,超过原FBG的温度灵敏度,提升了温度传感性能,并且与仿真数值的误差不超过5%,证明模型的可行性。