通过周期性改变光纤的物理结构可以改变光纤的应力分布,所产生的弹光效应能够周期性地改变光纤的折射率,这样所形成的长周期光纤光栅被称为物理形变类长周期光纤光栅。相比于激光曝光类长周期光纤光栅,物理形变类长周期光纤光栅拥有诸多的优点和独特之处。比如,长期的稳定性、独特的传感性能、更强的偏振相关性和轨道角动量调制特性等。因此,研究物理形变类长周期光纤光栅具有重要的理论和应用价值。本博士学位论文主要研究了基于单模光纤的两种物理形变类长周期光纤光栅:手性长周期光纤光栅和微锥型长周期光纤光栅。提出了新的制作方法,探索了两种光栅在传感及通信领域的应用。本博士学位论文开展的主要研究内容和取得的创新成果如下:（1）提出了制作手性长周期光纤光栅的轴错位双侧旋转法。轴错位双侧旋转法的关键和独特之处在于人为地在两个光纤夹具之间引入轴错位。用该方法制作光栅时,两侧旋转电机同时以相同速度同向旋转。传统的单侧扭转法用单模光纤制作手性长周期光纤光栅时,存在无法控制光栅谐振波长的致命缺陷,科研人员一直在寻求解决方案,但都没有很好地解决光栅谐振波长不可控的问题。我们提出的轴错位双侧旋转法很好地解决了这个问题,可以精确控制由单模光纤制作的手性长周期光纤光栅的谐振波长,即每次制作的相同周期光栅具有一致的谐振波长,而且光栅结构严整,物理强度高,制作过程简单且重复性好。轴错位双侧旋转法还可应用于不同种类的光纤以制作手性长周期光纤光栅,如光子晶体光纤和多芯光纤。（2）提出了用扭转应力对波长选择耦合器谐振波长进行调谐的方法。通过向由多根微锥型长周期光纤光栅构成的波长选择耦合器施加扭转应力,所产生的弹光效应会改变光纤光栅的谐振波长,进而改变波长选择耦合器的谐振波长,实现波长调谐作用。波长调谐度为-0.01985 nm/°,最大的波长调谐范围为6.8 nm。并且谐振波长漂移与扭转角度变化的线性关系良好。在由两根微锥型长周期光纤光栅构成的波长选择耦合器中,信号提取光纤中探测到的最大峰值耦合效率为-9.958 dB。在由三根微锥型长周期光纤光栅构成的波长选择耦合器中,两根信号提取光纤中探测到的最大峰值耦合效率分别为-15.437 dB和-14.887 dB。（3）探究了基于单模光纤的单螺旋手性长周期光纤光栅的光场轨道角动量调控特性。通过进行手性长周期光纤光栅输出光场与平面光干涉实验,得到了中心分叉结构的两种干涉光场,其中左手手性光纤光栅对应的干涉光场向下分叉,右手手性光纤光栅对应的干涉光场向上分叉;通过进行光栅输出光场与球面光干涉实验,得到了螺旋形结构的两种干涉光场,其中左手手性光纤光栅对应的螺旋型干涉光场表现为逆时针旋转,右手手性光纤光栅对应的螺旋型干涉光场表现为顺时针旋转。实验结果证明了基于单模光纤的单螺旋手性长周期光纤光栅可以产生±1阶涡旋光。（4）基于双光束CO₂激光作为加热源的熔接机平台,开发了全新的制作手性长周期光纤光栅的程序。用该程序制作的基于单模光纤的手性长周期光纤光栅具有表面平整、插入损耗低的特点。利用所制作的手性长周期光纤光栅进行了扭转应力传感实验。实验测量了光栅透射光谱所有存在模式的扭转传感灵敏度,其波长漂移线性度均保持良好特性。与已报道的长周期光纤光栅扭转传感实验结果进行对比,我们制作的手性长周期光纤光栅的扭转传感灵敏度比基于光子晶体光纤的手性长周期光纤光栅的扭转传感灵敏度高6倍,比紫外光刻写的长周期光纤光栅的扭转传感灵敏度高5倍。（5）提出了先拉伸后软化的方法来制作微锥型长周期光纤光栅。与光纤加热软化和拉伸过程同时进行的传统制作方法不同,在我们提出的软化拉锥制作过程中,采用了先拉伸光纤使之受到拉应力,再加热软化光纤的方法。如此保证光纤在瞬间拉锥,得到锥区长度更短、重复性更好的光纤微锥。此外,我们用双光束CO₂激光作为加热源,从正反两个方向照射软化光纤。新的制作方法更清洁,对光栅的污染小,而且对光纤软化得更均匀,制作的光栅质量更高。该方法应用了我们在熔接机中编辑的全自动程序,具有集成、稳定和易于操作等优点。