随着中国铁路里程跨越式增长，铁路货车重载化程度不断提高。利用铁路沿线既有通信光缆提出了一种基于光纤中背向瑞利散射信号干涉技术，光纤发生细微振动时，会导致扰动位置的光纤相位及折射率发生变化从而产生背向瑞利散射光。对前后时刻瑞利信号曲线进行差值运算，差分曲线上干涉光强信号发生变化的位置，对应扰动发生的位置，从而实现对铁路车辆的识别和定位，通过采集振动信号的时频特性域信号进行分析，提取信号强度、列车长度和车厢个数等特征，对车型进行精确识别。该技术与传统定位技术相比，可以实现长距离监测，且传感光纤埋藏于铁路两旁的地下，有利于光纤的隐蔽和保护。实验测试结果表明，系统对列车位置的定位误差在±10 m内，可以实现25 km内对列车速度以及位置的监测。

研究了大气湍流信道下无人机“空-地”斜程激光通信的下行链路单输入多输出（single input multiple output, SIMO）和上行链路多输入单输出（multiple input single output, MISO）技术。基于双伽马（Gamma-Gamma）分布的大气湍流模型，利用Meijer函数推导了大气湍流和指向误差联合影响下的SIMO下行链路误码率闭合表达式；利用 α−μ分布建立了Gamma-Gamma湍流模型的MISO上行链路误码率性能近似表达式。系统研究了天线数、天顶角和指向误差对系统的影响，研究结果表明，空间分集技术可以有效改善系统的误码率性能，当束散角为500 μrad、下行链路接收器和上行链路发射器为3时就可以得到超过10 dB的性能优化；天顶角对“空-地”斜程激光通信误码率性能影响显著，要达到系统误码率10⁻⁶的性能要求，天顶角需控制在30°左右的较小范围内。

为了实现太赫兹波的保偏波导传输，设计了一种含有纤芯缺陷孔和椭圆形包层空气孔的高双折射微结构光纤。通过在包层空气孔中选择性地填充太赫兹近零介电常量（epsilon-near-zero, ENZ）材料，引入了几何结构和材料分布的双重不对称性，破坏了2个偏振基模的简并以获得高双折射特性。应用有限元方法研究了光纤的双折射、损耗和色散等传输特性随结构参数的变化规律。在0.5 THz~2 THz的宽频段范围内获得了大于0.01的高双折射。x和y偏振基模的损耗在0.8 THz附近具有最小值，分别为0.903 dB·cm⁻¹和0.851 dB·cm⁻¹。纤芯缺陷孔可以有效调节色散特性，y偏振基模在1 THz~1.8 THz范围内具有 (0±0.054) ps·THz⁻¹·cm⁻¹近零平坦色散特性。光纤的传输特性对ENZ材料的折射率变化不敏感。研究结论为研制太赫兹保偏光纤提供了理论参考。

基于铒/镱共掺光纤放大器（erbium-ytterbium doped fiber amplifier, EYDFA）的理论模型和受激拉曼散射效应的分析理论，利用EYDFA和拉曼光纤放大器（Raman fiber amplifier, RFA）的增益谱互补特性，研究并设计了EYDFA与二阶多泵浦RFA相结合的混合放大器结构。为了得到高增益和低平坦度的混合放大器，引入了粒子群算法优化泵浦光波长和功率。仿真结果表明：在不使用增益均衡器的条件下，所设计的混合光纤放大器在输出端得到了近似相等的输出光功率，在90 nm的带宽范围内平均增益为38.78 dB，增益平坦度为1.1 dB，为混合放大器的设计和优化提供了参考。

血管中的血液流动会对血管壁产生周向应力，周向应力与血管的结构及功能变化密切相关，测量体外血管模型的周向应力是生物力学研究中较重要的问题。提出了利用光纤光栅测量血管周向应力的方法，基于微流控技术利用钢针模具建立了集成光纤光栅的三维圆形血管模型，通过仿真研究了不同流动速度与应力的关系。仿真结果得到流速在8 mm/s～75 mm/s范围内，应力随速度的改变呈线性变化。利用光纤光栅传感器测量了流体流动时产生的周向应力，根据实验得到了光栅波长改变量与速度的关系，流速范围在8 mm/s～75 mm/s之间变化时，速度引起波长的变化为0.173 nm。结合仿真实验得到了应力与光栅波长改变量的关系，为血液流动时产生周向应力的体外测量提供了新思路。

为提高传感器的稳定性和便携性，提出一种基于空心微瓶谐振腔的折射率传感器，对系统进行封装并对其折射率传感特性进行研究。仿真分析不同壁厚下空心微瓶谐振腔径向回音壁模式的光场分布，光场在微瓶内部的占比随着器件壁厚的减少而增加，有利于提高传感灵敏度。为减小空心微瓶谐振腔的壁厚，利用氢氟酸对石英毛细管进行腐蚀，使用光纤熔接机制备了薄壁空心微瓶谐振腔。采用紫外胶将耦合系统封装固定在载玻片上，器件稳定性和便携性得到提升。研究了封装器件在不同折射率匹配液下的传感特性，器件传感灵敏度为26.50 nm/RIU。该传感器具有稳定性强、灵活性高、损耗小等优点，在光微流控折射率检测方面拥有很大的应用潜力。

大气湍流对无线光通信系统的影响不可忽视，为了更准确地反映实验室模拟多输入、多输出(MIMO)大气湍流信道的实际特征，提出了一种利用相位屏来模拟MIMO大气湍流信道的方法，并针对基于液晶空间光调制器（LC-SLM）的液晶调制法展开研究，通过实验验证该方法的可行性。实验结果表明：通过相位屏模拟MIMO大气湍流信道的激光光斑发生不同程度的畸变，湍流环境下两路激光发射系统比单路发射激光系统功率稳定性好，在前向纠错误差极限（3.8×10⁻³）下，单个发射单个接收系统的链路代价为10.5 dB，2个发射2个接收的MIMO系统的链路代价为9.3 dB。该项研究对于实验室模拟MIMO大气湍流信道实验方法提供一种新思路。

设计了一种基于双芯光纤耦合效应和游标效应的高灵敏度温度传感器，传感器是由2个相差一定长度的双芯光子晶体光纤和单模光纤级联构成。双芯光子晶体光纤通过级联实现游标效应，同时对纤芯中间的气孔填充乙醇实现温度传感。仿真结果表明，该温度传感器在35 ℃～45 ℃范围内的平均温度灵敏度可达−20.37 nm/℃。与单纯依靠双芯光子晶体光纤能量耦合效应的传感器相比，该传感器的温度检测灵敏度提高了10倍。

为测试光纤光栅（FBG）传感器是否可以承受由加速度引起的稳态惯性载荷，以及在承受这些载荷期间的传感性能，设计了一种铝合金基片封装式光纤光栅应变和温度传感器，并对其进行了加速度性能验证。确定了FBG应变和温度传感器的设计尺寸，阐述了封装过程，分析了 FBG 传感器的应变和温度传感机理，开发了基于体相位光栅和线阵光电探测器的光谱检测解调系统。搭建了加速度试验装置，并按照GJB150.15A“加速度试验”要求和方法对选取的 FBG 应变和温度传感器进行了加速度性能测试。试验结果表明：在加速度试验前后的 2 min 性能测试中，波长偏移量均未超过±50 pm，且光强变化未超过0.3 V；在加速度试验中，波长偏移量最大波动为±7 pm，光强均在1.3 V～4.003 V内。验证了所设计的光纤光栅传感器具备承受加速度载荷的能力，且承受载荷期间传感性能良好。

研究了基于长周期光纤光栅（long-period fiber gratings, LPFG）的光纤布拉格光栅（fiber Bragg gratings, FBG）解调方法，该方法利用 LPFG 的透射谱作为边沿滤波器解调 FBG，其解调性能主要取决于LPFG的透射光谱深度。详细分析了CO₂激光写制法对透射光谱的影响，制作了透射光谱深度为25 dB的LPFG，并采用该光栅搭建了FBG解调装置，将FBG粘贴于金属应变片表面，测试了其静态与动态响应特征。实验结果表明：该方法制作简单，成本低，具有较好的线性动态范围，可以实现较高灵敏度的FBG解调。