光纤光栅是当今光纤通信和传感领域最重要的器件之一,它包括光纤布拉格光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)。金属化对于光纤光栅的保护及性能的提升有着重要的意义。化学镀镍磷结合电镀镍方法具有经济、不需高温和厚度可控的优点,是首选的金属化光纤光栅方法。为了获得性能优良的金属化光纤光栅器件,本文使用这种金属化方法,研究了光纤光栅金属化制备过程中的相关问题,及光纤光栅金属化后的性能。论文内容如下：首先,本研究应用光波导理论分析发现,影响金属化FBG (MFBG)谐振谱特性的主要原因是化学镀和电镀过程中产生的应力；根据热弹性力学和弹光效应理论,使用有限元方法对金属化过程中在光纤光栅内部产生的热应力进行了分析,发现热应力对光纤光栅内部折射率产生了扰动；使用光纤光栅传输矩阵法对不同应力作用下FBG谐振谱仿真分析发现,在均匀应变作用下,FBG谐振谱只发生中心波长的漂移,谐振谱形状不发生变化,在不均匀应变作用下,FBG谐振谱将产生双峰或多峰、谱带展宽及峰值损耗减少的变化。因此,减少应力的不均匀性是使MFBG保持原有谐振谱特性的关键。本研究解决了金属化过程中,MFBG谐振谱普遍存在的双峰或多峰、较严重的谱带展宽和峰值损耗减少的问题。通过系统地分析金属化过程中由于材料的生长聚结、氢、杂质、材料的不匹配和温度所引起的应力的产生机制,以及工艺对应力的大小与均匀性的影响机制,提出了镍金属化光纤光栅应力控制工艺。依照该工艺所获得的MFBG不再出现双峰或多峰的现象；化学镀后,FBG的3dB带宽变化小于0.005nm,峰值损耗变化小于1%；电镀后,在镀层厚度大于150μm条件下,FBG的3dB带宽变化小于0.01nm,峰值损耗变化小于5%；在室温到80℃的温度传感实验中,回程误差小于1.5℃。与已有的报导要比,本研究所获得的MFBG很好地保持了其谐振谱特性,传感性能也得到了提高。本研究首次提出用厚的金属外包层解决LPFG极强的弯曲敏感问题。在金属化过程中,LPFG面临谐振谱峰值损耗大幅度减少和谱带大幅度展宽的严重退化问题,在已有的报导中,最大的LPFG金属外包层厚度为2μm,金属化过程使峰值损耗降低了15dB。本文使用化学镀结合电镀的方法,建立在前期镍金属化光纤光栅应力控制工艺研究的基础上,首创预应力电镀LPFG装置,获得了金属层厚度为150μm,峰值损耗为15.899dB,3dB带宽为3.942nm,升温灵敏度为45.7pm/℃,降温灵敏度为44.9pm/℃的金属化LPFG,金属化过程仅使其峰值损耗降低了1.255dB。论文突破了LPFG金属外包层厚度的瓶颈问题,为LPFG克服极强的弯曲敏感性提供了条件,在LPFG的大规模商业应用上迈出了一大步。本文对MFBG轴向拉力响应特性进行了研究。使用有限元法进行分析,结果显示,均匀轴向拉力作用下,MFBG发生均匀应变,且应变与拉力呈线性关系。因此,MFBG中心波长漂移正比于均匀轴向拉力变化。但镍镀层对FBG轴向拉力响应起去敏作用,且随着镀层厚度的增加,轴向拉力响应灵敏度呈下降的趋势。实验结果与理论分析相符。本文对温度在100℃～300℃,MFBG的高温传感特性进行了实验研究。结果显示,回程误差大于11℃。金属化过程中产生的应力是产生误差的主要原因之一。为减少回程误差,对MFBG进行了热处理,热处理方法是：将其放入120℃恒温箱中持续8小时,随炉冷却,并重复3次。其后的温度传感实验表明,回程误差降低为7℃。