提出一种基于光频域反射（OFDR）差分相位解调的拉锥光纤分布式折射率传感方法。首先，理论分析了差分相位解调方法的原理并仿真计算了相位随外界折射率变化的灵敏度特性。实验中利用平均去噪与小波平滑实现了340 μm传感空间分辨率的分布式折射率传感解调，其中有效传感区域的长度为45 mm，相位与外界折射率变化的线性拟合度为0.997，各折射率下的最大标准差为0.0067 rad，灵敏度为1328.6 rad/RIU，接近仿真结果1483.7 rad/RIU。与互相关解调方法相比，差分相位解调方法的线性拟合度与标准差均较优，且传感空间分辨率提升了10倍。这种基于差分相位的解调方式为实现微米级分布式生物传感提供了思路。

提出了基于氧化石墨烯和空心二氧化硅薄壁微泡腔的光纤气体传感器。将氧化石墨烯涂覆于熔融加压流变成型的薄壁微泡腔内壁，使其整体的有效折射率对于气体吸附敏感。通过拉锥光纤倏逝场在薄壁微泡腔激发出回音壁谐振模，其中心波长与有效折射率（气体体积分数）对应，据此实现腔内气体体积分数的传感测量。实验结果表明，当氨气的体积分数在0~40×10^-6的范围内时，提出的光纤气体传感器的响应呈线性，其传感灵敏度为0.73×10⁶ pm，分辨率为1.9×10^-6。当氨气的体积分数为20×10^-6时，传感器的响应和恢复时间分别是294 s和329 s。空心微腔结构一方面可以作为敏感单元，另一方面可以直接作为气体通道，避免了外部气室的使用或额外气体通道的封装，极大地提高了传感系统的实用性。

针对目前深度学习在气体检测领域多聚焦于学习单个任务即气体定性分类或气体体积分数定量回归，忽略了相关任务间的信息关联性，降低了模型学习精度与效率等问题，提出了一种基于一维卷积神经网络和长短期记忆网络的多任务学习模型，即MTL-1DCNN-LSTM，并行实现了混合气体种类定性识别与体积分数定量回归。利用掺铥光纤，搭建了二级放大掺铥环腔光纤激光器，基于有源内腔吸收光谱法探测了CO₂和NH₃混合气体的吸收光谱数据。将实验数据放入多任务学习模型中训练，并进行超参数优化后，对测试集数据进行测试得到气体识别准确率为100%，NH₃体积分数预测决定系数为99.84%，CO₂体积分数预测决定系数为99.62%，优于单任务模型与传统的气体反演算法如反向传播神经网络和支持向量机。所提出的深度学习算法与有源内腔法相结合的方法，为吸收光谱型混合气体反演技术的进一步研究提供了新思路。

基于双马赫-曾德尔干涉（DMZI）型分布式光纤振动传感系统与无人机（UAV）视频监测系统，通过卷积神经网络同步对光信号和无人机视频信号进行模式识别，从多维度对多类别扰动事件进行精准检测。与传统的模式识别方法相比，所提方案将两个不同维度上的信号有效结合，实现了不同维度上模式识别方法的优势互补，将识别信号的时间维度加入识别，解决了静态信号识别事件有限、准确率较低的问题。为了验证所提方案的可行性和有效性，对常见的9种传感行为（攀爬、轰砸、剪切、脚踢、重敲击、轻敲击、拉扯、摇晃、无入侵）进行了实验测试和分析。实验结果表明，所提出的多维度模式识别方案可以对9种入侵事件达到99.58%的平均测试准确率，并且平均识别时间为0.16 s，短于系统的采样时间0.3 s，满足实际工程应用的需求。

现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量，难以得到其空间分布信息，而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手，全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以及生物化学传感方面应用的最新进展。最后对分布式光纤生化传感器的发展前景与当前挑战进行了展望。分布式光纤生化传感研究有望引领当前单点分立式光纤生化传感研究向多点连续分布式方向发展，有望成为化学、生物、医学等领域强有力的新工具。

我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首，分布式光纤传感技术（DOFS）作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术，近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战，在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史、现状以及典型应用原理和方案等的基础上，对其工作新机理、系统设计方案、研究发展方向等进行了阐述和讨论。

CO2和CH4是城市排放的主要温室气体, 高精度、 高时空分辨率的移动观测手段有利于了解其在城市中的分布细节, 也可以了解源的动态变化。 本文分析了现有的大气温室气体的移动监测手段, 在此基础上基于自研设备离轴积分腔光谱仪、 三维风速仪和车载差分GPS搭建了一套移动观测系统, 开发了配套的温室气体走航观测数据分析软件系统, 对合肥市典型道路的CO2和CH4进行了观测, 对观测到的典型CH4浓度热点进行分析, 并对垃圾填埋场进行了CH4的观测。 结果表明: 合肥市一环路CO2浓度分布与城市面源排放影响有较好相关性、 CH4分布则与其相关性较差, 但受点源影响较大, 二环CO2和CH4浓度分布与周边森林、 水源、 商圈的分布密切相关； 总体上早晚高峰期一环和二环CO2和CH4的平均浓度（中位数）均高于闲时, 一环浓度高于二环； 利用三维超声风速仪、 GPS计算实时自然风风速风向, 分析道路上CH4浓度热点主要来自天然气加气站、 生化池、 天然气机动车等, 其中天然气机动车排放的CH4与CO2相关性系数约70%, 怠速、 起步、 缓慢行使过程中的排放较大； 肥东和肥西生活垃圾填埋场捕捉到的CH4浓度高值分别与填埋场封层的不完整和周围垃圾焚烧发电厂车间的无组织释放有关； 利用高斯烟雨扩散模型估算了肥西垃圾填埋场车间门打开状态CH4排放速率比未打开时高出一个数量级； 北城和庐江垃圾填埋场CH4较前两个的无组织排放小。 研究证明了城市移动观测系统一方面可以为城市综合碳排放监测体系的建立提供参考, 另一方面可以为城市温室气体浓度特征的研究提供基础数据。

基于光声光谱原理的气体浓度检测是光声技术最典型的应用。 与其他光谱气体检测方法相比, 光声气体检测技术主要具有结构简单、 探测器不受波长限制、 零背景噪声、 成本低等优点。 它在气体检测领域得到了广泛的认可和应用。 作为光声光谱气体检测系统的核心部件, 光声池的性能将直接影响系统的检测结果。 因此, 光声池的优化设计已成为该领域的研究热点。 当前, 针对光声池的优化主要是基于系统静态条件, 关于光声池腔内气体流动性能及动态时间响应的研究报道较少。 由于光声池在动态检测条件下的气体扰动及系统检测噪声具有一定影响, 因而对于光声池的相关参数进行进一步的探索与优化, 改善光声池腔内气体流场分布、 动压特性及其气体浓度平衡时间对于提升光声光谱的气体检测性能具有重要意义。 为此, 以传统的圆柱形光声池为基础, 基于三维流场数值模拟方法建立了光声池腔内流场的稳态和瞬态模拟模型, 计算获得了光声池腔内气体流场分布及其气体浓度平衡响应规律, 结果表明, 减少光声池腔内气流流速及优化光声池中的过渡结构将会改善气流引发的动压波动以及缩短腔内气体浓度调节时间。 以光声池的缓冲腔与谐振腔过渡处圆角、 辅助孔数量、 辅助孔半径、 辅助孔中心圆半径以及进气速度5个参数为因素, 以谐振腔轴线中点处动压值和气体浓度调节时间为考察指标, 采用数值模拟和正交试验设计与熵权法相结合的方法, 获得了光声池的相关参数对动压值影响的主次影响顺序为: 辅助孔半径>辅助孔数>进气速度>过渡圆角>辅助孔中心圆半径; 对调节时间影响的主次顺序依次为: 进气速度>辅助孔半径>辅助孔数=辅助孔中心圆半径>过渡圆角, 为平衡指标的影响, 将多目标参数优化问题转化成单目标优化问题, 客观地给出动压值和调节时间的权重分别为0.49、 0.51。 在研究参数范围内, 获得了其最佳参数组合为: 缓冲腔与谐振腔过渡处圆角为3.0 mm、 辅助孔数量为8个、 辅助孔半径为3.5 mm、 辅助孔中心圆半径为22.5 mm、 进气速度为0.06 m·s-1, 优化后的光声池谐振腔轴线中点处动压值为9.4×10-4 Pa, 腔内气体浓度调节时间为141 s, 相较于优化前的指标, 动压值相对降低了88.1%, 调节时间相对降低了17.5%, 两项指标均得到优化提升, 优化效果较为理想。 研究方法与结论可为光声池的优化设计和拓展研究提供重要参考。

设计并制作了一种基于多模干涉波导（MMI）结构的InP基90°光混频器芯片，该芯片的波导层材料为InGaAsP，包层和衬底材料为InP，芯片的单模波导宽度设计为2.6 μm，多模干涉波导的长度和宽度分别设计为844和20 μm。采用三维光束传播法（3D BPM），仿真分析了波导材料折射率、厚度、宽度和长度的工艺误差容限，仿真结果表明在1 535~1 565 nm波长范围内所设计的光混频器芯片的净插入损耗小于1 dB，相位偏差小于±5°。实验测试结果与仿真结果一致。

采用高温熔融法制备了R2O-Bi2O3-B2O3-SiO2系无铅低熔点玻璃，并将其应用于汽车玻璃油墨，重点研究了组成对玻璃结构、热学性能和耐酸性能的影响规律。结果表明，随着Bi2O3/B2O3和Bi2O3/SiO2的增加，［BO3］和［BiO3］三角体结构单元数量逐渐减少，［SiO4］和［BO4］四面体结构单元数量逐渐增多，玻璃的网络结构增强。当碱金属氧化物总量为15%(摩尔分数)时，双碱玻璃的热膨胀系数α25~320 ℃、转变温度Tg和软化温度Tf比单碱玻璃的小，耐酸质量损失率Dr更低。当n(Li2O)∶n(Na2O)=1∶1时，双碱玻璃的α25~320 ℃为9.35×10-6 ℃-1，Tg值降低至439.8 ℃，Tf值为481.7 ℃，Dr值为0.006 70 g/cm2。将其应用于汽车玻璃油墨，烧结后的油墨具有良好的附着力、黑度、遮盖率和光泽度。