在建筑结构健康检测、航空航天、周界安防、石油勘探工业等诸多领域中,实时准确地获取应变、振动信号等信息有着十分重要的意义。光纤光栅传感器凭借其优越的应变灵敏度响应、结构紧凑、耐腐蚀、抗电磁干扰等特点,在以上传感应用领域中颇受关注。但是传统的光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）、长周期光纤光栅（Long period fiber grating,LPFG）由于传感器自身的固有传感限制和波长解调的交叉灵敏性,限制了其灵敏度的提升和矢量性检测中的应用。本论文的研究中,在课题组之前对极大倾角光纤光栅（Excessively tilted fiber grating,ExTFG）等强度悬臂梁振动传感研究的基础上,提出ExTFG振动传感器的性能优化方法,包括细直径ExTFG和包层腐蚀型ExTFG的振动传感器性能研究,然后进一步对传感器弯曲矢量特性和矢量振动传感性能做了深入的研究。具体研究内容包括:1.介绍了ExTFG的基本结构和推导了其模式耦合理论,并详细地分析了ExTFG的纤芯、包层模式有效折射率等光谱特性,然后研究ExTFG的SRI、应变、弯曲及振动传感特性。2.研究两种基于“性能优化方法”的ExTFG振动传感器。首先,设计制作了一种特种光纤中刻写的ExTFG的振动传感器,利用小直径的极大倾角光纤光栅结构设计来实现高灵敏度的振动传感。实验结果表明该传感器的轴向应变灵敏度可达4.68pm/με,对于弯曲应变该传感器基于波长变化的弯曲应变灵敏度可达8.82 nm/m^-1和基于强度变化的弯曲应变灵敏度可达6.71 dB/m^-1,且利用该传感器的谐振峰3dB点进行振动检测时的最大加速度灵敏度可达531.92 mV/g,且输出稳定性良好。然后设计了一种基于ExTFG包层腐蚀的振动传感器,利用HF溶液对写入ExTFG标准单模光纤的包层进行腐蚀来实现ExTFG振动传感器的性能优化。实验结果表明在40²00 Hz的频率范围内包层腐蚀型ExTFG振动传感器的谐振峰3dB点的最大加速度灵敏度可达到159.35 mV/g。3.研究基于ExTFG的矢量振动传感器,提出利用ExTFG传感器中折射率不均匀调制的特性实现矢量振动检测,并实验验证了两种不同类型的ExTFG传感器的振动方向相关性检测。首先,设计了一种基于标准单模光纤的ExTFG矢量振动传感器,对该传感器的静态矢量弯曲应变、动态矢量振动传感特性进行了研究。实验结果表明对不同方向上的弯曲应变该传感器的弯曲应变灵敏度最高可达4.981 nm/m^-1且具有34.6 pm/(m^-1·deg)的最大取向灵敏度,且利用该传感器的谐振峰3dB点对振动信号的加速度灵敏度和取向灵敏度分别可以达到74.14 mV/g和9.1 mV/deg。然后设计了一种基于小直径光纤结构的ExTFG矢量振动传感器,实验结果表明在0⁰.575 m^-1的曲率范围内该传感器的弯曲应变灵敏度最大可达到8.342 nm/m^-1,且具有22.8pm/(m^-1·deg)的最大取向灵敏度,对振动信号的加速度灵敏度和取向灵敏度分别可以达到503.55 mV/g和2.01 mV/deg。