导师饶云江教授首次发明了高频CO₂激光脉冲写入长周期光纤光栅的方法。该方法具有脉冲能量集中、单个脉冲加热时间短、加热效率高的优点,能高效率高质量地写入低成本的长周期光纤光栅。这些新型长周期光纤光栅有许多新的不同与以往的特性,并且已经用在应力、横向负载、弯曲、扭曲、温度的传感中,另外在它的某圆周角度进行弯曲或横向负载可以进行EDFA 的增益平坦。这些特性无法用现存的理论进行分析,甚至新型长周期光纤光栅写入的机理也没有得到解释。本文在本团队以前工作的基础上,深入研究了光纤内应力的形成、吸收CO₂激光脉的机理、温度分布、内应力释放的特性以及模式耦合理论,并对一些前人没有解决的问题提出解决的方法。主要工作和成果如下:1、对高频CO₂ 激光写入的长周期光纤光栅的机理进行了研究,光纤由于各层材料的不同,拉制过程的热应力会最终保留在光纤中,并且由于各层间弹性应变与非弹性应变的共同作用,光纤中也会残存机械应力。由于光纤材料主要是SiO2,SiO₂ 晶格的振动会造成10.6um CO₂ 激光的吸收,使光纤曝光区的温度升高,残余机械内应力释放,并且由于弹光效应曝光区折射率变化,光纤最终在纵向会形成周期性的折射率变化,形成光纤光栅。2、对高频CO₂ 激光脉冲写入的长周期光纤光栅的模式耦合特性进行了研究,由于新型长周期光纤光栅的形成是来自于CO₂ 激光的单侧曝照,因此在横截面上的折射率分布是不均匀的,即光纤上部分的折射率改变要大于下半部分折射率的改变,这种新型的长周期光纤光栅将不能再用以前的模式耦合理论进行分析。本文从麦克思韦原始方程开始推导,推导出适用于新型长周期光纤光栅的耦合理论。在横截面上不同的位置,在光纤纵向进行傅立叶变换,考虑了折射率的平均分量、一次谐波分量、以及高次谐波分量对谐振波长的影响,研究发现折射率的平均分量的引入使得x、y 偏振态的谐振波长有一个分离,而高次谐波分量的引入将会使谐振波长的分析更加精确。3、利用新型长周期光纤光栅的模式耦合理论解释了长周期光纤光栅弯曲时的方向相关性。对高频CO₂ 激光脉冲写入的长周期光纤光栅进行弯曲时,可以等效地认为在理想LPFG 上预先加了一个弯曲量。预置弯曲与外界弯曲共同作用可以解释LPFG 弯曲时的方向相关性。这种方法也可以用在解释弯曲不敏感光纤制作的LPFG 弯曲时产生的特殊现象,即谐振波长与谐振峰幅值方向相关性的相位相