随着光纤光栅技术的不断发展,其作为光纤技术的重要器件在光纤传感和光纤激光器领域有着更为广泛的应用。基于光纤光栅的光纤传感器以其灵巧、体积小易于集成和抗电磁干扰等优点在小型化、多参量化和集成化方向的现代传感技术中发挥着越来越重要的作用。而单纵模窄线宽光纤激光器在相干光通信、长距离光纤传感、激光雷达以及太赫兹源等领域有着广阔的应用前景。本文针对几种特殊结构光纤光栅滤波器进行了详细的理论分析与实验研究,并将它们应用于光纤传感与光纤激光器领域中。采用自制的稀土掺杂光纤与多种腔结构对掺铒光纤激光器进行深入的理论与实验研究。取得的主要研究成果与创新点如下：1.采用耦合模理论分析了光纤光栅的光谱特性与滤波特性,利用传输矩阵法建立了拉锥型(普通和保偏)啁啾光纤光栅的理论模型,理论与实验详细分析了拉锥型(普通和保偏)啁啾光纤光栅的光谱和滤波特性。深入研究了啁啾光纤光栅自身参数与拉锥参数对其光谱和滤波特性的影响,同时引入拉锥产生的损耗因子对其模型进行修正。进一步研究了拉锥型保偏啁啾光纤光栅偏振态对其光谱和滤波特性的影响。2.提出并搭建了一种基于均匀光纤光栅组的二维空间定位传感系统,利用光纤光栅轴向应力传感器的原理,将压力参量转化为光纤光栅的轴向应力参量,通过观测光纤光栅谐振波长的变化,实现二维空间的定位。3.提出并搭建了基于保偏拉锥型啁啾光纤光栅与保偏长周期光纤光栅的多参量光纤传感器。对于保偏拉锥型啁啾光纤光栅,理论与实验深入研究该光纤光栅不同偏振态上的透射峰波长以及光栅的透射深度与应力、温度和扭转的关系,得到一个应力、温度和扭转同时测量的光纤传感器。对于保偏长周期光纤光栅,实验研究该光栅不同模式耦合产生的透射峰波长和透射深度以及不同偏振态上的透射峰波长和透射深度与温度、折射率和扭转的关系,得到一个温度、折射率和扭转同时测量的光纤传感器。4.根据拉锥型啁啾光纤光栅的理论,提出了一种线形腔单纵模窄线宽光纤激光器,详细分析了可饱和吸收体的工作原理,结合拉锥型啁啾光纤光栅窄带滤波器和可饱和吸收体共同作用实现单纵模激光输出,采用洛伦兹拟合得到激光器20dB线宽约为27.7kHz。进一步根据保偏拉锥型啁啾光纤光栅的理论,提出了一种基于保偏拉锥型光纤光栅滤波器与可饱和吸收体的环形腔可切换双波长光纤激光器,实验实现了两个波长任意切换的单纵模窄线宽激光输出。理论和实验研究了自反馈注入技术的工作原理,提出一种基于高掺杂浓度的掺铒光纤、拉锥型均匀光纤光栅和自反馈注入环的单纵模窄线宽DFB光纤激光器,实验测量有无自反馈注入环的激光器20dB线宽分别近似为10.3kHz和52.3kHz。5.理论分析了均匀光纤光栅单腔与多腔(对称腔与非对称腔)F-P滤波器的光谱特性和滤波特性,并实验制作了不同腔长的滤波器进行对比。提出了一种基于保偏均匀光纤光栅非对称腔F-P滤波器的环形腔可切换双波长单纵模窄线宽光纤激光器,洛伦兹拟合单波长激光输出的3dB线宽分别近似为4.8kHz和4.5kHz。进一步分析了啁啾光纤光栅单腔与多腔F-P滤波器的光谱特性和滤波特性,并实验制作了不同间隔的啁啾光纤光栅单腔滤波器进行比较。利用保偏啁啾光纤光栅单腔F-P滤波器的具有偏振依赖和超窄带滤波的特性,研制出室温下稳定输出的可切换可调谐双波长单纵模窄线宽光纤激光器。实验测量出两个单波长激光输出的20dB线宽分别为16.9kHz和17.1kHz,对应3dB线宽约为0.845kHz和0.855kHz。