光纤光栅在光纤通信和光纤传感中具有广泛的应用,已成为其中至关重要的器件。光纤光栅的优势在于全光纤结构,低插入损耗、高反射损耗或消光比、以及潜在的低成本优势等,而最为突出的特点是通过调整其物理参数,比如折射率变化量、长度、周期、相移等,能够灵活地实现所需的光谱特性。但是由于写入方法的限制,比如不够灵活、制作的光栅性能差、成本昂贵等,使得在通信和传感中具有特殊应用的复杂折射率分布的长周期光纤光栅的理论和实验研究还比较少。针对这一问题,本文首先利用耦合模理论和传输矩阵法,从理论上研究了一类具有复杂折射率分布的光栅―切趾相移长周期光纤光栅的光谱特性。并用MATLAB编程仿真,明确了各种切趾和相移对光栅光谱的影响。仿真发现,通过合理设置光栅参数,只需把光栅分为很少的几段来近似高斯切趾就可以有效去除均匀光栅和相移光栅中的边瓣,并对比了折射率切趾和长度切趾对相移光栅的作用。这为进一步的实验研究提供了重要的设计参考。计算机控制的CO2激光写入法是一种相对灵活的写入方法,并且制作的光栅与紫外光制作的光栅相比具有更好的高温稳定性。但是在普通光纤中写入光栅时,所需的激光能量较大,包层对单侧入射的CO2激光的强烈吸收导致光栅横截面折射率分布不均匀,因此一部分基模能量耦合到非对称的包层模中,从而在光谱中出现不需要的谐振。掺硼单模光纤由于其纤芯重掺杂,只需很小的激光能量就可以引起纤芯折射率的变化,而基本不会影响包层的折射率,因此可以写出性能优异的光栅。在选用掺硼光纤的基础上,本文改进了CO2激光器的结构,在出光光路中插入分光片,实现了低能量高稳定的激光输出,为特殊光栅的实用化制作提供了一种可行的方案。在仿真结果的指导下,本文用CO2激光器首次制作了切趾相移长周期光纤光栅,实现了“平顶”的带通滤波,实验结果与理论仿真预测相吻合。本文的实验也证实,通过调整激光扫描次数,可以精确控制折射率调制深度,从而能够在掺硼光纤上灵活地写入具有各种折射率分布的光纤光栅。本文的研究为进一步探索更具实用意义的具有特殊折射率分布的长周期光纤光栅器件的设计奠定了基础。