随着光谱检测的重要性与日俱增，对高性能光谱仪的研究显得尤为重要和紧迫。提出一种基于平面光波导的二维光谱色散系统，它集合了平面波导微型化和光栅高色散的优点，能够将光谱在二维平面上展开。通过仿真发现，所提系统能够实现光谱在二维方向上展宽，带宽远远大于基于虚像相位阵列（VIPA）的二维色散系统。此外，所提系统的体积较小，更易于集成。

光载微波光纤稳定传输技术解决了天线组阵中所需的延时（或相位）稳定的微波信号远距离分配难题，在多天线协同的新一代微波测量中具有不可替代的作用。本文介绍了光载微波光纤稳定传输的基本理论，分析了制约传输稳定性的关键因素，并展示了基于相位预补偿和基于光延时校正的提高传输稳定性的技术途径。通过光电双外差混频的相位检测高灵敏地感知光纤链路延时变化，并分别利用微波相位调控和光延时调控来对这一变化进行高精度的补偿，最终实现了多路时间抖动在数十fs量级的高稳定光载微波传输，为天线组阵等多天线协同微波测量中的信号级同步提供了有效的解决方案。

随着光纤通信和光网络技术的快速发展, 产生和控制色散在许多光学应用中都非常重要。着重介绍了3种产生色散的新型方法的原理、近期发展情况和优缺点, 包括基于模式色散的色散系统、基于电子诱导透明的色散系统和基于实时傅里叶变换的等效色散系统;分析了目前产生色散技术所普遍存在的困难, 对其发展趋势进行了展望, 同时探讨了不同产生色散的技术在光信息处理技术的应用前景。

搭建实验平台,把26个字母的图像传入光纤,并在输出端采集散斑图。把散斑图展开到HSV色彩空间中,单使用V分量进行分类能达到不错的分类准确率,且能缩减训练时长。在预处理后,分别使用具有不同层数卷积结构的神经网络、卷积神经网络和支持向量机(CNN+SVM)算法、SVM算法对散斑图进行分类。测试结果发现,使用4420张散斑图作为训练集,3层卷积结构的神经网络的识别准确率为88%,4层卷积结构的神经网络的识别准确率为95%,CNN+SVM算法的识别准确率为98%,而SVM算法的识别准确率达到了100%。实验结果表明,把机器学习算法应用在光信号上,同样可以对多模光纤散斑图进行分类,当图像特征相对明显时,直接使用SVM算法对光纤输出散斑进行识别,可以大大提升多模光纤输出散斑图的识别准确率。

针对线性扫频激光器在扫频速度、步长、范围、精度和信噪比等方面差异较大的问题,提出一种基于声光调制直接生成频率扫描激光器的方案。该激光器采用环形腔体结构,具有扫频速度快、扫频精度高、信噪比好等特点。通过分析激光器的信噪比和掺铒光纤放大器中掺铒光纤的长度等参数对生成的频率扫描激光器性能的影响,对现有的频率扫描激光器进行了优化。

在检测频率复杂的信号时,光学傅里叶变换的高带宽、快速性优势凸显,其在光谱和高速射频信号的实时检测中都有重要应用。基于色散的光学傅里叶变换方法包括色散展宽和时间透镜方法。基于光纤色散方法,对比分析了基于色散展宽和基于时间透镜的光学傅里叶变换的实现原理。对两类方案中5种不同系统的输出结果、色散量、光谱分辨率、时间带宽积等影响因素进行分析,分别阐述了其应用及改进方案。

基于多模光纤的多模干涉原理以及图像处理算法, 对多模光纤输出端面光斑图像相位谱的灰度共生矩阵特征值进行提取, 提出一种新型光斑图样处理算法, 并且将其应用于微位移传感。详细分析了以阶跃型多模光纤为基础的单模-多模光纤结构在两光纤径向产生微位移时, 位移量与端面光斑图像相位谱特征值之间的关系。对多种结构参数光斑图样的分析表明, 两光纤径向微位移与相关性及一致性两特征值成近似线性关系, 可以用光斑图像处理的方法进行微位移测量, 从而实现传感。实验结果表明与目前常用的计算光斑图像归一化强度内积处理算法相比, 多模光纤芯径较小时, 线性度、动态范围比较接近; 芯径较大时, 线性度提高的同时动态范围扩大约一倍。因此所提出的算法稳定性更好, 适用范围更广。

空间散射光到光纤的耦合在许多领域都得到广泛的应用。然而，当被测物体较大时，如何有效地将空间散射光有效地耦合到光纤的研究还较少。耦合效率和接收视场是空间散射光耦合到光纤接收装置的两个重要的特性参数。文中通过理论分析和软件仿真，分析了在径向移动、轴线移动和不同入射角的情况下，改写耦合效率的变换，比较了在满足一定的耦合效率时，光纤接收装置的几种透镜耦合方式接收视场的大小。最后，通过实验对仿真内容进行了验证。

提出了一种测量光纤布拉格光栅的光-热效应的新方法，并利用它对一个实际的紫外写入光纤布拉格光栅的光-热效应进行了实验研究。利用980 nm半导体激光器作为抽运源、两个紫外写入光纤布拉格光栅作为反射镜、一段10 m长的掺铒光纤作为增益介质，构建了分布布拉格反射光纤激光器。通过合理设计，在分布布拉格反射光纤激光器工作的同时，获得了所使用的光纤布拉格光栅的反射光谱。实验结果显示，当抽运功率为100 mW时，光-热效应导致所使用的紫外写入光纤布拉格光栅的反射光谱向长波长方向漂移了0.034 nm。该方法可以很好地应用于光纤布拉格光栅的光-热效应的测量。

随着光通信系统传输速率的提高，尤其是光分组交换网络的使用，光的相关检测技术将在未来的通信领域(包括IP路由等)中发挥越来越重要的作用。从基于光纤色散的光学相关器基本原理出发，采用理论分析和数值仿真两种方法比较了不同带宽光源对光学相关器性能的影响，分析了光源随机相位噪声向幅度噪声转化的问题，得到了幅度噪声与光源带宽的关系，以及光源带宽不同时光学相关器输出的信噪比变化。根据仿真结果得到，基于非相干光源的光学相关器，能对速率为10 Gb/s的8位和16位码元数据流进行高速相关检测，而32位的码元数据流仅能采用相干光源进行检测。此外，还对非相干光源在模拟信号的相关检测中的应用进行了探讨。