为了满足结构健康监测的需求, 采用试验方法研究了准分布式光纤布喇格光栅(FBG)传感器在裂缝监测和损伤定位中的应用。以钢筋混凝土简支梁和工字型钢梁为试验对象, 对梁关键部位划分单元进行多点监测, 取得了其应变变化的数据, 并进行了分析以实现裂缝监测和损伤定位。结果表明, 准分布式FBG传感器能够较为准确地对裂缝的发生及所测区域的损伤情况实现定位。

重大工程结构在服役期间常遭受各种作用而导致抗力衰减。一旦这些结构失效，将会导致区域功能瘫痪和生态灾难，造成巨大的经济损失和人员伤亡，因此为重大工程结构建立一套健康监测系统具有重要的现实意义。损伤识别是结构健康诊断的核心技术之一，而准确地测量结构的响应信息是损伤识别方法有效的前提。结构荷载的复杂性致使结构损伤具有不可预见性，如果采用电阻应变片技术，其准确性和工程量之大对于工程应用来说是不可取的。采用准分布式长标距光纤布拉格光栅（FBG）应变传感器，并结合其在组合梁中损伤识别的应用以验证其性能。试验结果表明，随着标距的增加，准分布式长标距FBG应变传感器损伤识别的效率降低。

为重大工程结构建立一套健康监测系统具有重要的现实意义。损伤识别是结构健康诊断的核心技术之一，虽然已发展出多种损伤识别方法，但准确地测量结构的响应信息是损伤识别方法有效性的前提。由于结构荷载的复杂性致使结构损伤具有不可预见性，如果采用电阻应变片技术，其准确性和工程量对于工程应用来说是不可取的。采用准分布式长标距基于玻璃纤维增强复合材料封装的光纤布拉格光栅（GFRP-FBG）应变传感器，并结合其在简支钢梁中损伤识别的应用以验证其性能。实验结果表明，利用准分布式长标距GFRP-FBG应变传感器可有效地预警损伤、定位损伤和判断抗弯刚度损伤程度。

设计了一种基于混合导光型光子晶体光纤的波分解复用器, 该波分解复用器同时具有折射率导光型光子晶体光纤和带隙导光型光子晶体光纤的特点, 可用于稀疏型波分复用系统中。设计的稀疏型波分解复用器由一段三芯光子晶体光纤组成, 通过填充不同折射率的材料, 形成了混合导光型光子晶体光纤。根据耦合模原理, 在临近的波导中, 当传播常数相等时, 模式之间发生强烈耦合, 能量在波导之间交替。由于填充的材料折射率不同, 使得光功率在两个不同的波长上发生耦合, 构成了两个不同响应波长的光滤波器。通过选择合适的光纤长度, 使得在光纤的输出端, 不同波长的光从不同的波导输出, 实现波分解复用的功能。采用全矢量有限元法分析了光纤传输特性, 计算了不同波长光的耦合长度。采用光束传播法仿真发现, 长度为4.3 mm的光纤能实现波长为1.31 μm和1.55 μm光的解复用。

椭圆形空气孔光子晶体光纤可以产生较高的双折射，使得不同偏振方向的光有不同的耦合长度。将光纤的双折射现象应用于双芯光纤中，可以实现偏振状态的分离。应用平面波扩展法分析了椭圆形空气孔、矩形晶格结构的双芯光子晶体光纤中结构参量对光束不同偏振方向的耦合长度的影响，设计了一种基于椭圆形空气孔、矩形晶格结构的双芯光子晶体光纤偏振分束器。应用全矢量光束传播法分析了这种光纤偏振分束器的性能。结果表明，在1．55μm工作波长上，长度为1．055mm的光纤即能实现偏振状态的隔离，隔离度达到－16．9dB，隔离度＜－16dB的带宽可达到270nm。

研究了一种新改进的折射率导光光子晶体光纤的色散性能。研究表明当纤芯空气孔的孔径小于包层空气孔孔径时, 光子晶体光纤仍然通过全内反射（TIR）导光。采用全矢量平面波展开法分析光子晶体光纤的色散特性, 并设计了波长为1360 nm到1730 nm时, 色散值在-10±0.5 ps/（nm·km）之间的色散平坦光子晶体光纤, 其色散斜率在波长为1370～1740 nm时可达±0.01 ps/nm2/km。

设计了一种三芯光子晶体光纤(PCFs)偏振分束器。利用光纤的谐振现象,实现了偏振状态的分离。当三芯光子晶体光纤中三个超模式的模式折射率满足一定条件时,将产生谐振现象。通过选择合适的光纤结构参数,可使某一偏振方向的光接近谐振条件,而另一偏振方向的光远离谐振条件。在光纤的输出端,由于耦合的程度不同,两个偏振光的功率集中在不同的纤芯区,从而达到分离偏振光的目的。应用有限元法(FEM)计算了三芯光子晶体光纤中的模式折射率,选择了合适的光纤结构参数。应用全矢量光束传播法(BPM)分析了这种光纤偏振分束器的性能。结果表明,在1.55 μm工作波长上,长度为1.039 mm的光纤即能实现偏振状态的隔离,隔离度达到-36.98 dB,隔离度<-11 dB的带宽可达到24 nm。