单模光纤广泛应用于在通信、传感等领域，然而，近年来单模光纤在传输容量以及传感性能方面都显示出一定的局限性。少模光纤可以克服单模光纤的传输容量和传感性能方面的限制，因而引起了人们广泛的兴趣。采用少模光纤，利用不同的模式作为各个不同的信息传输通道，即模分复用技术，能够使光纤的通信容量成倍提升；在传感领域，少模光纤的高阶模可以参与传感，在传感机制和性能等方面均表现出与单模光纤不同的特点。本文重点研究了基于少模光纤的光栅器件及其对少模光纤中的高阶模的滤模、模式转换和单模传感机制。
　　模式复用器/解复用器和模式转换器等模分复用器件中，模间串扰是其重要性能指标之一，降低模间串扰的方法之一就是采用滤模器。类似于波分复用系统，在模分复用系统中，也需要能够有效滤除无关模式的滤模器件。本文提出采用在纤芯的局部区域制备长周期光纤光栅的方法，实现对少模光纤中具有特定模式的选择性滤除。针对光栅的工作带宽较窄的问题，提出一种光栅交错排列组成的级联光栅结构，并验证了其可有效增大滤模器的工作带宽。
　　模式转换器是模分复用系统以及少模光纤传感系统中的关键器件之一，如何实现宽带、高转换效率的模式转换，是模式转换技术的研究重点之一。本文提出一种基于长周期光纤光栅的模式转换器，通过在少模光纤纤芯的局部区域写入光栅的方法，以实现LP01模和LP11模之间的模式转换。通过对光栅和模式场之间的位置关系及光栅横截面直径等对模式转换特性的影响分析，确定实现宽带模式转换时的光栅结构参数要求。数值模拟结果表明，这种模式转换器带宽可达115.6nm且串扰低于-20dB。
　　本文还研究了一种基于少模光纤的光纤光栅传感器，分析了少模光纤光栅的温度传感和抗弯曲性能，测试结果表明：少模光纤中的高阶模的存在对光纤光栅的温度传感特性影响很小，制备的少模光纤光栅其温度传感灵敏度与普通单模光纤光栅相当。这种光纤光栅还具有很强的抗弯曲性能，在将光纤以3mm弯曲半径缠绕10圈或光栅弯曲至5mm的小弯曲半径下，少模光纤光栅的传感灵敏度和检测极限仍与直光纤时相当。这种少模光纤光栅可应用于需要对光纤及光栅进行强弯曲的场合。