布里渊散射是光波与声波在光纤中传输时相互作用而产生的非线性光散射过程。通过对布里渊散射的实验研究发现,光纤种类和光纤所处环境的温度和应变不同对布里渊频移（Brillouin frequency shift,BFS）、布里渊线宽和布里渊增益峰值等特性都有影响。利用这些特性可以实现多参量、高精度和高空间分辨率的分布式传感。因此,系统的研究多种模式光纤布里渊散射特性具有重大意义。从基于布里渊散射的光纤传感原理出发,理论推导了温度和应变同时作用下布里渊4个传感系数的变化,并得出了其对应的量化公式。结果表明,应变和温度变化量分别与BFS温度系数和应变系数呈正相关,与布里渊功率温度系数和应变系数呈负相关。利用未修正和修正后的布里渊传感系数进行温度和应变同时测量时发现,两种测量方式得到温度变化量和应变有一定差异。利用有限元仿真软件对不同光纤中传输的光学模式和声学模式进行求解,发现不同光学模式对应的布里渊参数不同。随着模式阶数的增加,不同光学模式的BFS、线宽和增益峰值都逐渐减少,多模式叠加后布里渊增益谱（Brillouin gain spectrum,BGS）相较单一模式线宽发生展宽,增益峰值大幅减小。少模光纤和多模光纤的BFS和增益峰值均小于单模光纤,BGS的线宽均大于单模光纤。分析了声光耦合效应对普通单模光纤的影响,进一步研究了纤芯掺杂和纤芯半径对BGS的影响,得到了本文最优的多峰BGS。结果表明,随着掺锗浓度的增加或纤芯半径的增加,不同声学模式对应的BFS整体呈递减趋势,而增益峰值则呈现递增趋势;且BGS会出现多峰现象,其主峰对应的BFS随着掺锗浓度的增加而逐渐减小;当纤芯半径为2μm且掺锗浓度为3 mol%时,得到了本文最优的多峰BGS。本文研究为进一步提高基于布里渊散射的分布式光纤传感系统测量精度、实现温度和应变同时测量提供了理论依据和技术参考。