利用矩阵分析法, 针对两个相同光栅构成的光纤布拉格光栅法布里-珀罗(F-P)腔滤波器进行理论分析。数值模拟分析了光栅长度变化对光栅以及F-P腔滤波器反射特性的影响, 指出光栅长度增加对反射特性影响的优缺点, 分析利用常用切趾函数对光栅进行切趾, 减小由于光栅长度增加导致反射谱的的旁瓣增大, 对组成的F-P腔滤波器的反射特性的优化, 得到了光栅切趾对F-P腔滤波器的反射特性的影响规律。对于在实际应用中制作出性能优良的光纤布拉格光栅F-P腔滤波器有一定的参考价值。

在设计红外火焰探测器的过程中，人工光源常常会引起探测器的误报。为有效区分人工光源与火焰信号，本文首先对采集的 1种人工光源以及 3种火焰信号进行分析，将采集的信号进行小波包 4层分解，得到信号的能量谱。通过分析发现选取第 2,3,4,7频段的能量值能够将这 4种信号有效区分。为进一步验证实验结果，本文将双通道两路信号的第 2,3,4,7频段的 8个能量值作为一组特征向量，与 BP神经网络结合进行模式识别。结果表明，通过这样的方法不仅可以区分火焰和人工光源，同时可以对 3种火焰进行识别，其识别的正确率为 84.1%。因此，基于小波包能量分析的方法提取这 8个能量值作为特征值具有一定的可行性，能有效减少人工光源引起的误报，同时为火焰种类的识别以及以后的灭火自动化提供了新的可能性。

解释了利用法布里-珀罗(F-P)腔实现全光时钟恢复的原理。根据啁啾光栅(CFBG)的反射特性，从理论上分析了先利用CFBG对信号进行滤波再利用F-P腔进行时钟恢复在波长选择方面的优点，即将不需要恢复时钟的波长处的信号事先通过CFBG过滤掉。由于CFBG反射谱的顶端不平坦使得进入F-P腔的信号也不平坦，近而导致时钟恢复的效果不理想，故需利用切趾技术消除CFBG的反射谱顶端的不平坦，以获得更好的恢复效果。

针对红外型气体传感器测量精度受环境温度影响较大的问题, 提出一种基于嵌入自适应列维变异的动态拓扑免疫粒子群-最小二乘支持向量机（DLIPSO-LSSVM）温度补偿算法。DLIPSO算法在粒子群优化过程中采用动态拓扑Dbest机制以更好地适应粒子群进化过程；为确保粒子多样性, 平衡局部搜索与全局搜索, 算法嵌入自适应列维变异对粒子进行变异。利用基准测试函数对DLIPSO算法进行性能对比评价, 仿真结果表明算法具有较强的全局搜索能力、精度高且稳定性较好。利用DLIPSO算法对LS-SVM的参数进行优化, 将混合算法用于实际红外气体传感器的温度补偿, 实验数值结果表明算法可将补偿结果的相对误差控制在5%范围内。

根据半导体光放大器(SOA)载流子速率方程和光波在SOA内的传输方程，采用分段的方法计算出光波功率和相位与载流子浓度的关系公式。在泵浦光输入功率分别为5mW和15mW情况下通过仿真得到泵浦光输出波形和归一化转换光波形，其中归一化转换光的波形变化可间接体现不同泵浦光输入功率对SOA内载流子浓度的影响。分析了泵浦光波长和SOA注入电流对探测光的归一化输出、相位和频率啁啾产生的影响。结果表明，随着泵浦光波长的增加，探测光的三种光波特性曲线逐渐趋于平缓。注入电流将会直接影响到SOA的载流子浓度，以此对探测光的输出产生影响，注入电流越大，探测光的频率漂移越远。

为了对半导体光放大器(SOA)进行动态模拟，从超快非线性效应的传输方程和载流子速率方程出发，分别研究了载流子浓度脉动(CDP)、载流子加热(CH)、光谱烧孔(SHB)效应对SOA 输出增益和相位的影响，并改变输入脉冲峰值功率和SOA 的弛豫时间模拟CH 增益曲线的变化情况。结果表明，在超快恢复过程中，载流子加热效应对增益饱和的贡献较大，SHB 效应贡献的较少，CDP 效应则产生缓慢恢复过程。CDP 效应是产生非线性相移的最主要原因，SHB 效应对探测光相移的贡献可以忽略不计，CH 效应可以产生约0.8 rad 的相移贡献。CH 效应的强度大小可以影响增益饱和以及相位变化的程度，但不能够缩短超快恢复过程的时间。输入脉冲的能量能够改变CH 增益的饱和程度，随着弛豫时间的缩短，CH 效应的峰值时间和SOA 增益超快恢复时间都逐渐减小。

分子光谱理论是光谱吸收式光纤气体传感器的理论基础，对于光纤红外法检测有毒气体的浓度具有重要意义。根据朗伯-比尔（Beer-Lambert）理论，首先从甲烷（CH4）气体浓度的定量分析以及分子参数的理论进行研究，再通过分析 CH4气体的吸收线得出其吸收系数α(v)的一般方法。由分析得当气体压强 P＜0.02 atm时多普勒展宽占优势，用高斯线型拟合吸收线；当 P＞0.l atm时碰撞展宽占优势，用洛仑兹线型拟合吸收线；当 0.02 atm＜P＜0.l atm时两种展宽都存在，这时用伏格特线型拟合吸收线，理论上得到很好的结果。

基于耦合非线性薛定谔(NLS)方程组, 利用分步傅里叶法(SSFM), 研究了二阶色散长度与线性耦合系数的乘积LDκ、三阶色散长度与线性耦合系数的乘积L′Dκ以及模间色散(IMD)对双芯非线性光纤定向耦合器开关特性的影响。研究表明, 在光纤正常色散区, 当入射功率大于阈值功率时, 从波导1到波导2有明显的能量转移, 耦合器的开关性能差;而在光纤反常色散区, 当LDκ<1时, 非线性定向耦合器(NLDC)能够表现出良好的开关特性。且阈值功率随着LDκ的增大而减小。当|IMD|≤0.01, IMD对NLDC开关特性的影响可以忽略。当|IMD|=0.2, 且LDκ的值较小时, 在入射功率大于阈值功率的条件下, IMD对开关特性的影响不明显;而在入射功率小于阈值功率时, 耦合器的开关特性下降。此外, 三阶色散(TOD)效应对NLDC的影响通常可以忽略。

利用耦合非线性薛定谔方程组(CNLSEs), 研究了超短孤子脉冲在非线性三芯光纤耦合器中的传输和开关特性。分析了正常色散和反常色散对于开关特性的影响。通过调整非线性参数能够优化开关特性, 降低了开关阈值功率和提高了能量转移效率。采用分步傅里叶法(SSFM)的仿真, 数值模拟了在正常色散区和反常色散区的不同开关特性, 以及当非线性参数从1.5增大到2.5时开关性能的变化。研究表明: 在反常色散区中, 耦合器具有明显的开关特性。在三芯耦合器中, 当三根光纤的非线性参数同时增加时, 阈值功率由Po12显著降低至Po4.12, 能量转移效率由40%显著提升至65%。

利用OptiSystem 软件，对高速光纤传输系统中三阶色散(TOD)导致的脉冲失真进行了仿真研究。分析了光脉冲信号通过光纤传输系统传输2000 km，不同的速率、占空比、脉冲形状和光纤类型对三阶色散的影响，同时比较了高斯脉冲和超高斯脉冲经过2000 km 传输后的品质因数，发现高斯脉冲的品质因数优于超高斯脉冲的品质因数。通过仿真分析得出：当同时考虑群速度色散(GVD)和三阶色散的时候，标准单模光纤(SSMF)和啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)组成的高速光纤传输系统性能表现较好。