多芯超模光纤（MCSMF）的芯间距较小，多个芯子共同形成芯区支持多个超模传输，与普通单芯少模光纤相比，其具有较大的有效模场面积和较小的模式串扰，备受关注。MCSMF用于长距离传输时，与其相匹配的新型增益均衡放大器是实现信号中继并保持信号稳定传输的必要器件。文中提出了一种基于粒子群优化算法的19芯超模光纤增益均衡放大器，该光纤支持10个超模共同传输。通过粒子群算法分别优化各纤芯内掺铒浓度来降低不同超模的交叠积分因子，从而减小模式增益差（DMG）。结果表明，在包层泵浦条件下，最大DMG从1.33 dB （各纤芯均匀掺杂）降低至0.20 dB，在1 550 nm信号波长处10模式的平均增益为27.79 dB，且该放大器在整个C波段的增益平坦度低于1 dB。

光束偏转技术是自由空间激光通信的关键组成部分，其性能决定了自由空间激光通信能否满足快速、稳定的通信需求。系统总结了机械式和非机械式六类光束偏转技术的国内外研究进展，根据不同技术的偏转特性，从关键指标方面比较分析了各类光束偏转技术的特点，并从空间应用性能需求的角度给出了发展趋势，展望了电光偏转技术在空间光通信领域具有很好的应用前景，为下一步的研究工作指明了方向。

激光器脉宽是分布式光纤测温系统空间分辨率的主要影响因素之一，在光脉冲覆盖待测区域的情况下，系统无法准确解调出待测区域的准确温度。提出了一种拉曼信号分段与重构方法，通过分析光脉冲在待测区域处的信号特征，得出了激光脉宽对温度偏差的影响关系，并根据此关系对不同温度区域原始拉曼信号进行分段，借助待测区域长度、已知温度和待测温度下的拉曼光强差重构待测区域处的拉曼信号强度，利用重构后的拉曼信号进行温度解调，使系统空间分辨率、测温精度大幅提升。使用20 ns脉宽的光源（理论空间分辨率可达到2 m）、0.72 m测试光纤进行测试，结果表明，在90 ℃测试温度下，温度误差从33.9 ℃减小至5.8 ℃，系统空间分辨率由2.27 m提升至1.13 m。

面向毛细管微反应器固相状态检测需求，提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型，通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理，仿真模拟楔形端面光场分布情况，并分析了光纤楔形端面与微管腔耦合谐振的光谱特征。研磨制备耦合器件，搭建实验系统进行实验验证。实验采集到洛伦兹凹谷型耦合谐振谱，与理论仿真分析相一致。谐振谱1563.074 nm波长附近的自由光谱范围约为1.734 nm，Q值约为6.15×10³。所提出的光纤楔形端面耦合器具有较好的器件鲁棒性，耦合谐振结构简单，易于器件集成和小型化。

针对水下高速无线激光通信发射功率较低，通信距离受限的问题，该研究采用非线性光学中二次谐波理论，将1064 nm的高速外调制与放大技术和非线性晶体的准相位匹配技术相结合，通过光学设计和系统参数研究，设计了一种532 nm的高速大功率无线激光调制发射系统，并建立了基于温度和角度变换的波长转换效率模型。然后通过仿真分析的方法得到了不同温度下，最大转换效率对应的角度范围。最后对系统的性能进行了系统搭建和实验分析，验证了该系统在常温下可实现1 W大功率532 nm绿光无线输出，且频率大于1 GHz的模拟信号和速率大于500 Mbps的数字信号调制。实验结果表明：常温下，该系统输出的光斑光强分布均匀，光束质量显著好于调制后的基频光模式。系统输出的方波信号上升沿宽度和下降沿宽度会发生压缩，但随着脉冲宽度的减小压缩现象会发生收敛，上升沿宽度收敛于0.27，下降沿宽度收敛于0.06，系统输出的正弦信号随着频率的增加没有发生明显的畸变。研究结果可以为未来水下长距离高速无线光通信应用提供理论和技术支撑。

快速反射镜（Fast Steering Mirror, FSM）具有响应快、精度高、分辨率高等优势，被广泛应用于卫星激光通信、超分辨率成像、高精度激光瞄准等领域，是捕获、跟踪和瞄准(Acquisition Tracking and Pointing, ATP)系统中的核心部件。传统快反镜主要由压电陶瓷和音圈电机驱动，而基于微机电(Micro Electro Mechanical System, MEMS)技术制备的快反镜具有小型化及批量化等优势，是技术发展的趋势，但其应用于卫星激光通信领域的可靠性尚未进行全面论证。文中介绍了快反镜的工作原理、环境适应性要求以及国内外快反镜的可靠性水平，结合致动原理和结构分析了现有快反镜的失效机理、评估方法和可靠性加固技术，最后指出了高可靠性快反镜的结构和加固技术发展方向，并通过综合分析与仿真验证了MEMS快反镜应用于卫星激光通信的可行性。

为了测试高速通信光模块在极端环境下的工作性能，并提升其出厂测试效率，设计了高速通信光模块热控系统。使用该系统不仅可以实现单独测试QSFP-DD封装模式的光模块，还可以实现双通道并行测试QSFP-28封装模式的光模块，成功使光模块测试效率提升一倍。首先，根据半导体制冷器的特性设计了待测试件热电制冷器组件，Flotherm的仿真结果表明热电制冷器组件可用。接着，根据半导体制冷器的原理及特性，设计了热排散系统。最后，将热控系统与水冷机的控温效率和效果做对比。实验结果表明：热控系统可以在110 s内实现光模块壳温在0~65 ℃之间的快速调控。热控系统基本满足对常用封装方式的高速通信光模块的控温需求，且相对于水冷机而言，具有小型化、低噪音、零震动的优势，更利于光模块集成化测试。

光学频率梳在光通信、光谱学等领域有广泛的应用。平坦度是光学频率梳重要的性能指标。使用级联相位调制器和强度调制器产生光学频率梳的方法，是让叠加的谐波驱动调制器，通过调节驱动电信号的幅度和相位以及强度调制器的偏置电压，可以实现平坦度好的光学频率梳。首先，建立光学频率梳的优化问题模型，通过差分进化算法得到上述各个参数，并得到在不同叠加微波驱动信号下的平坦光学频率梳。其次，固定某一微波驱动信号的相位，在同一优化问题下使用同样方法得到微波驱动信号的其他参数，并分析生成的平坦光学频率梳性能。最后，搭建实验系统，根据仿真得到的优化参数确定实验参数，并得到相应的光学频率梳。研究表明，当采用基频和三次谐波驱动相位调制器、采用四次谐波驱动强度调制器时，可以产生13根谱线的光学频率梳，仿真和实验时的平坦度分别为0.27 dB和0.83 dB。当采用基频、三次谐波和五次谐波同时驱动相位调制器和强度调制器时，可以产生19根谱线的光学频率梳，仿真显示其平坦度为0.56 dB。以上仿真和实验结果证明了所提方法的可行性和鲁棒性。

基于无波分裂脉冲产生的平坦超连续谱被报道。笔者采用非线性偏振旋转（NPR）作为锁模方法来实现耗散孤子脉冲和无波分裂脉冲的切换输出。在0.3 W的泵浦功率下，获得了耗散孤子脉冲。脉冲宽度为5.8 ps，脉冲间隔为54 ns，与11.05 m的腔长一致，信噪比为55 dB，压缩后的脉冲宽度为0.61 ps。值功率可以被提升到1.18 kW。通过适当调整腔偏振态和增加泵浦功率，耗散孤子可以演化为无波分裂脉冲。随着泵浦功率的提高，脉冲宽度从11.7 ps增加到20.2 ps，几乎增加了两倍。经过计算，时间带宽积从23.9增加到53.43。较大的啁啾可以抵抗非线性相移的影响，从而避免脉冲分裂。无波分裂脉冲的脉冲能量可以提高到3.89 nJ，是耗散孤子脉冲能量的五倍。随后，使用耗散孤子和无波分裂脉冲作为种子源去获得超连续谱。结果表明，在锥形高非线性光纤中，无波分裂脉冲产生的超连续谱范围和平坦度均优于耗散孤子脉冲。基于耗散孤子脉冲和无波分裂脉冲产生的超连续谱范围为1 400~2 000 nm，覆盖了S波段、C波段、L波段三个主要通信波段，20 dB带宽分别为310.3 nm和426.4 nm。这项工作将有助于高能量脉冲光纤激光器的发展，并提高其在超连续谱产生和光通信领域的潜在应用。

挠性光电印制电路板（Flexible Electro-Optical Printed Circuit Board, FEOPCB）在高温层压制作过程中，埋入光纤会产生热应力，造成光纤损坏等缺陷，影响其可靠性和高速信号传输性能。为了降低FEOPCB弯曲半径并提升其可靠性，将在双面覆铜聚酰亚胺(PI)基板上设计制作高精度矩形光纤定位槽。首先建立有/无涂覆层光纤埋入挠性基板有限元仿真模型，对FEOPCB制造工艺进行模拟仿真，并对埋入光纤应力及影响因素进行分析。结果表明，有涂覆层光纤所受应力远小于无涂覆层光纤。针对有涂覆层光纤，采用激光刻蚀技术在双面覆铜PI基板上制作了高精度矩形定位槽，通过高温层压工艺完成了FEOPCB制作。FEOPCB完成了温度冲击、低温、高温、湿热和10万次弯曲疲劳可靠性试验，利用光学显微镜观察分析，埋入光纤无高温降解和破裂等缺陷。FEOPCB最小弯曲半径小至2 mm，弯曲损耗分别为0.57 dB （90°）和1.12 dB （180°），且相邻光纤之间无串扰，在850 nm波长条件下通信速率可达10 Gbps，误码率小于10⁻¹⁶。