研究了高重复频率的谐波自锁模Nd∶YVO₄激光器。理论证明了当增益介质与谐振腔的光学长度的比值接近最简分数时，激光器的纵模模式间距可以被修改为增益介质自由光谱范围的整数倍，并对应谐波锁模脉冲输出。开展了相关实验，结果表明，当泵浦功率为6.57 W，增益介质和谐振腔的光学长度分别为11.0 mm和25.8 mm时，对应最简分数为3/7，获得了3倍增益介质自由光谱范围的模式间距纵模分布，对应谐波锁模脉冲的重复频率为40.92 GHz，平均输出功率为790.7 mW。实验还发现，当固定增益介质的光学长度时，获得的谐波锁模脉冲输出对应的谐振腔腔长存在锁定范围，进一步验证了谐振腔腔长锁定范围与增益介质的光学长度成正比。

针对光混沌保密通信中信息同步条件苛刻的问题，提出一种基于光混沌的双向通信系统。首先，通过半导体激光器（SL）发出的2束激光与部分半透明光学反射镜进行耦合，产生混沌动力，并根据SL的延迟速率方程，设置2个SL的内部参数产生同步的混沌载波；然后，通过监测两端信息的同步误差，并与接收端信息比较，得到解密信息。仿真分析了系统的同步性、信息解密过程、鲁棒性。仿真结果表明，该系统能实现同步通信，恢复出保密信息，鲁棒性较好。

为了探寻信源编码对可见光无线通信（Li-Fi）技术的影响，研究了4种不同信源编码方式：不归零（NRZ）码、归零（RZ）码、载波抑制归零（CSRZ）码和双二进制码，并采用OptiSystem软件搭建了基于波分复用（WDM）的Li-Fi系统，讨论了4种码型对基于WDM的Li-Fi系统性能的影响。仿真结果表明：在10 Gb/s传输速率下，NRZ码型在传输距离方面表现较好；在40 Gb/s传输速率下，CSRZ码显露了强大的抗非线性性能及传输距离方面的优势。

设计了一种基于Nd∶GdVO₄晶体的增益开关型正交偏振双波长同步脉冲激光器。建立了对应的速率方程数学模型，分析了增益开关型Nd∶GdVO₄双波长同步脉冲激光器中的几何损耗对双波长脉冲时域特性的影响。搭建了基于布儒斯特偏振片的Y型腔结构的双波长脉冲激光器进行实验验证，通过调制抽运源电流实现了增益开关。实验结果表明，通过调节输出镜的倾斜角度，可实现双波长脉冲的同步输出。最后，当泵浦功率为6 W时，实验输出了脉冲重复频率为30.7~100.0 kHz可调、最高平均输出功率分别为215 mW和176 mW的正交偏振双波长［1063 nm（π偏振）和1065 nm（σ偏振）］同步脉冲。实验与理论结果吻合较好。

在传输矩阵理论推导与实验验证的基础上，提出了一种通道间隔可切换的全光纤梳状滤波器。该滤波器基于双Sagnac环滤波结构，是两个Lyot滤波器的并联。滤波器的两条支路分别由偏振控制器(PC)和不同长度的保偏光纤(PMF)组成，可通过调节PCs，控制光进入PMF时的偏振态，实现通道间隔切换和消光比调谐。其中，通道间隔分别由两支路上的PMFs特性决定，通过改变PMFs的长度和双折射率，可得到不同的通道间隔可切换组合。在上述设计的基础上，增设了一个PC，经实验检验，滤波器的可调性得到了进一步提升。最后，实验证实了以此滤波器为基础构建的多波长光纤激光器( MWFL )在实现通道间隔切换方面的可行性。

利用传输矩阵理论，对一种双Sagnac环滤波器的传输特性进行了理论推导和仿真分析，该滤波器由两段不同长度的保偏光纤(PMF)并联构成。仿真结果表明：该滤波器具有偏振无关和通道间隔可调的特性。对双Saganc环滤波器的传输谱进行了实验测试，通过调节滤波器中的偏振控制器(PC)，可以实现通道间隔的可调操作，调整入射光的偏振态并不会改变光谱形状，与理论分析得到的结论一致。最后，为了验证双Saganc环滤波器在激光器系统中的通道间隔可调特性，设计了一种基于四波混频(FWM)效应和双Sagnac环滤波器的通道间隔可调多波长掺铒光纤激光器。实验结果表明：该激光器可以输出通道间隔为0.9 nm或0.35 nm的多波长激光，这与仿真结果以及测量结果一致。

基于两个具有平行结构的电光时延反馈环，本文设计了一种电光强度混沌通信系统。通过混沌注入混沌的方式来产生更加复杂的混沌波形，增强混沌复杂程度以及通信系统的保密性。在本次设计中，采用MATLAB与OptiSystem协同的方式来对该系统进行仿真，解决了OptiSystem不能模拟光学反馈环路的问题。由OptiSystem中成熟的激光器和二进制序列生成模块为系统提供能量与输入信号，由MATLAB程序实现电光时延反馈环，并在OptiSystem中完成信号在光纤链路中的传输。文章介绍了如何利用MATLAB与OptiSystem实现混沌系统的协同仿真，并通过数值模拟表明，提出的用于模拟光学反馈环路的方法具有可行性，设计的混沌系统的性能与理论值吻合，证明了该混沌生成方式的可行性。

为了实现高灵敏度的光纤温度传感，提出并验证了一种具有双倍布里渊频移间隔的多波长掺铒光纤温度传感器。实验采用1558.214 nm波长的激光输出作为布里渊泵浦，经掺铒光纤放大器放大后再通过由2个三端口环形器和1段20 km的单模光纤构成的双倍频布里渊增益腔，其中单模光纤既是布里渊增益介质又是温度传感元。实验结果表明：在产生的7个高信噪比且稳定的双倍频下，得到的温度传感系数从2.186~15.328 MHz/℃可调，且最高阶斯托克斯波的温度测量误差为±0.322 ℃。