相干光正交频分复用系统（CO-OFDM）是未来高速光传输的重要解决方案，而偏振模色散（PMD）与偏振相关损耗（PDL）相互作用严重影响传输性能。分析了CO-OFDM系统中的偏振效应和数学模型，并通过仿真加以验证。结果表明，一阶PMD效应对正交频分复用(OFDM)信号子载波幅度附加余弦因子；二阶PMD效应中，去偏振项（DR）占主要因素，且一定程度上可缓解色度色散带来的相位噪声；另外，由于PMD带来OFDM子载波偏振度随频率变化加强，也对PDL带来的系统损伤有一定抑制作用，在不考虑色度色散，相对损耗因子α=0.5，单模光纤传输距离为720 km条件下，系统Q值约有2 dB提高。

A new method incorporating biased clipping orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is presented, which mitigates fiber nonlinear effects in a long-haul coherent optical OFDM (CO-OFDM) system. Under the scheme of the method, the wanted signal carried by odd subcarriers is orthogonal to clipping noise and a Mach-Zehnder modulator (MZM) performs the optimal OFDM signal up-converter from the radio frequency (RF) domain to the optical domain. Analysis and simulation results show that fiber non-linear effects can be effectively mitigated by reducing the peak-to-average power ratio (PAPR) in biased clipping CO-OFDM system. The nonlinearity threshold (NLT) is improved by 5 dB with a reach of 240 km. With a fiber length up to 800 km, system Q value is improved by approximately 2.3, 1.2, and 0.6 dB at a chromatic dispersion of 6, 12, and 16 ps/(nm￠km), respectively. Additionally, system Q reaches the maximum when direct currect (DC) bias is equal to the mean value of the OFDM waveform.

从原理上阐述了圆双折射光纤光栅中的传输特性和偏振特性。通过坐标变换，得到圆双折射光栅的琼斯矩阵，并基于此详细分析了磁场大小、传输距离和入射光偏振态对透射光传输特性和偏振特性的影响。结果表明，一定大小的磁致圆双折射将使透射谱产生分裂，透射光偏振态随磁场和波长变化。同时偏振相关损耗和第三斯托克斯参量与外加磁场大小在一定范围内呈单调变化关系，可由此实现对磁场的监测。测量范围和灵敏度由光栅材料和结构决定，给出了由Bi-YIG和YIG材料作为传感媒质可实现的动态范围。

相干光正交频分复用(Coherent optical-orthogonal frequency division multiplexing,简称CO-OFDM)可有效降低光纤色散和偏振模色散对系统的影响,是近年来光传输领域研究热点之一。但由于OFDM高的峰均值功率比(PAPR)和较窄的载波间隔(几十兆赫兹),CO-OFDM系统对光纤非线性十分敏感,严重影响系统传输性能。分析了CO-OFDM系统中光纤非线性作用,介绍了一种新的非线性补偿方法,实现简单,计算复杂度低,可有效补偿系统传输中的非线性影响。仿真结果表明,在8　000　km长距离传输系统中,补偿后的CO-OFDM系统,非线性门限提高5　dBm;色散系数会影响非线性补偿效果,色散系数为16　ps／(nm·km)时,系统品质因子Q提高0.6　dB,色散系数为6　ps／(nm·km)时,Q值提高2　dB以上。

相干光正交频分复用(COOFDM)是目前光传输领域的研究热点之一。COOFDM系统采用马赫-曾德尔光调制器(MZM)实现射频(RF)信号到光的转换，而正交频分复用(OFDM)信号对非线性十分敏感，所以在系统设计上最关键的就是实现信号的线性传输。从理论上分析了COOFDM系统中MZM对OFDM信号的非线性影响，通过对MZM偏置点及调制指数优化，实现COOFDM系统的最佳传输，同时对COOFDM系统品质因子Q与偏置点及调制指数关系进行了仿真。结果表明，为了实现最佳线性传输，不同于传统的基于强度调制/直接检测系统(偏置点选在积分点)，COOFDM系统中MZM最佳偏置点选在零点；MZM调制指数的选择也会对系统性能产生影响，当COOFDM系统中MZM调制指数为0 dB时，系统性能达到最佳。

对基于差分群时延的磁场测量方法中光纤布拉格光栅(FBG)结构的影响进行了分析。利用耦合模理论和传输矩阵法仿真,分析了均匀FBG的长度和折射率调制系数对传感系统测量范围和灵敏度的影响。同时改变FBG制作结构,研究了啁啾光栅、相移光栅和切趾光栅的差分群时延性能。并对各种光栅结构的差分群时延峰值大小进行了理论和实验比较。对均匀光栅和相移光栅的实验比较测量表明,采用相移光栅结构可以明显提高传感测量系统的灵敏度,实验数据和理论吻合较好。

提出了一种基于偏振效应的光纤光栅磁场传感方法。法拉第效应使得左旋和右旋圆偏振光的传播常数发生变化，通过对光纤光栅透射光中两圆偏振光之间相关损耗的测量，可以测得磁场强度大小。为了实现灵敏度高、测量范围大、稳定性强的光纤光栅磁场传感器,从磁场传感原理出发，对光纤光栅的结构进行理论推导。利用等效啁啾的方法重构了透射谱为三角形，带宽为0.15 nm的光纤光栅。仿真结果表明，利用该光纤光栅进行磁场测量的灵敏度约为0.5 dB/T，测量范围可以达到8 T。

提出了利用光纤光栅的偏振相关损耗(PDL)直接测量磁场的方法。利用耦合模理论进行了理论仿真,验证了在一定的测量范围内PDL峰值随外加磁场单调递增的关系。分析了光栅长度和折射率调制系数对磁场传感器测量范围和灵敏度的影响。利用相位掩模方法制作光纤布拉格光栅(FBG)进行实验测量,实验数据和理论吻合较好。同时对此方案的温度、轴向应力不敏感性进行了分析和实验验证,证明了温度和轴向应力不会对偏振特性产生影响,此方法可明显改善交叉敏感问题。

光源与编解码器的匹配关系是光码分多址(OCDMA)系统设计的重要内容。提出了时域相位编解码器的半边带应用问题,即:等效相移超结构光纤光栅(EPS-SSFBG)编解码器反射谱的半边带已包含了编解码器结构的所有信息,光源只需要覆盖半边带就能完成编解码功能。仿真分析了光源脉宽与编解码器反射谱的对应关系对编解码性能的影响,仿真结果验证了半边带应用的可行性。在应用等效相移光栅编解码器的实验中验证了半边带应用的编解码性能,实验结果与半边带应用的理论规律相符。

稳定性高、低成本的窄脉冲光源、高性能编解码器和具有旁瓣/噪声抑制功能的接收机是光码分多址系统实用化的3个关键模块。实验中利用增益开关脉冲光源和63 chip等效相移超结构布拉格光纤光栅相位编解码器的半边带应用, 判决门限调整与宽带判决相结合的接收机实现了双用户、2.5 Gb/s 100 km传输。实验中测量了误码率与判决时刻和判决门限的关系曲线, 系统在10 ps的判决时刻容限内和17%的幅度判决容限内实现了无误码传输。