分析了由特高压直流输电控制保护工程系统相位光时域反射仪(Φ-OTDR)测得光缆沿线时域、频域信号的分布规律，提出了信号时域乘法短时过双电平率与频域分段频带均方根误差(RSMD)综合算法，编制了综合算法程序，开展了工程实验。当光缆链路在2.3，5.0，10.8，16.0 km处存在微弱故障时，利用乘法短时过双电平率法可使得系统信噪比(SNR)分别提高到9.41 dB、9.02 dB、7.60 dB、3.50 dB。当光缆链路信号频带内分段数为8时，系统SNR可进一步提升，且频带RSMD峰值可突出微弱故障位置，与实际情况差异小。所提方法的光缆链路微弱故障定位精度达到±2 m，不仅提升了工程系统的SNR，还解决了难以辨识光缆链路微弱故障的问题。

针对特高压直流输电工程对控制与保护系统安全性的需求,基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)对光纤链路微弱故障进行检测与定位。模拟了特高压直流输电工程控制保护系统的故障状态及环境信息,获得了Φ-OTDR系统底层时域背向散射的相位调制信息。对比分析了系统微弱故障分段、乘积分段信息熵定位算法对相同多类混杂信号的处理效果,结果表明,乘积分段信息熵算法在分段数为2时就能大大提升系统的信噪比,在采样周期数为100、40时系统对微弱故障的定位精度分别为±1.5 m、±2.0 m。

针对二维光编解码接入网链路监测系统中多路距离相近用户信号叠加难以设置阈值的问题，提出了一种基于信号相关性的链路状态识别算法。该算法以正常信号为基准，对实时检测的信号进行信号相关性分析，根据带补偿自定义相关系数及系统的编码规则判断具体分支链路状态。搭建了32用户、3路等距实验系统,等距离链路断路个数为1时，相关系数为0.626 1；断路个数为2时，相关系数分别为0.342 1、0.386 5,均在阈值区间内。仿真结果表明，针对信号相关性而提出的自定义相关系数可以有效解决二维光编解码接入网链路监测系统中相近距离用户信号叠加问题。

利用双向抽运拉曼放大器实现了4×100 Gbit·s ^-1光网络传输295 km(68.85 dB)的应用,测试了系统的光学信噪比、传输余量及长期误码特性,仿真了双向抽运拉曼放大器在4×100 Gbit·s ^-1传输系统中的功率演化过程。研究结果表明,双向抽运拉曼放大器的应用需综合考虑信号输入功率、前后向拉曼增益及经济成本等。

面向微型光纤陀螺(FOG)应用需求,提出并优化设计了一种微型掺铒超荧光光源。该超荧光光源结构尺寸 为 Φ 50 mm × 15 mm, 通过采取优化的光路设计、光谱平坦滤波技术、 抽运激光器及光源精密温度控制技术等,得到高稳定性的超荧光光源,其输出功率大于13 dBm, 光谱带宽大于35 nm, 功率变化小于1%, 中心波长变化率小于 5×10－6 。采用实验方式对超荧光光源光谱的温度和时间稳定性、 输出功率的温度和时间稳定性进行了细致的测试。实验结果表明微型超荧光光源光谱和输出功率都能够承受严苛的温度冲击实验,满足指标要求。

提出了一种基于光子晶体波导(PCW), 具有超低片内反射、多模干涉型(MMI)光功分器结构。通过在传统MMI型功分器的基础上引入双梯形波导结构, 降低了原有功分器由于端口反射以及谐振模反射所带来的片内反射问题。相比于传统的MMI型光功分器, 该结构片内反射降低了60%。

提出了一种基于硅基槽波导的级联多模干涉(MMI)耦合器型偏振分束器,由锥形及矩形结构MMI耦合器构成.级联结构使器件长度无需为两偏振模自镜像长度的公倍数,不仅能有效减小器件尺寸,而且提高设计灵活性.同时,利用槽波导的高双折射特性及MMI耦合器的锥形结构,可进一步缩短器件尺寸.分析结果表明,所提器件能够有效实现偏振束分离,两级MMI工作区总长度仅为42 μm,准TE与准TM模的偏振消光比分别为29.8和31.4 dB,1.55 μm波长下的插入损耗分别为0.395和0.699 dB,偏振消光比大于20 dB时光带宽为43 nm,覆盖整个C波段.最后,详细分析了器件关键参数的制造误差对器件性能的影响.

采用一种基于三电场分量的全矢量有限元法，其中引入了完善匹配层(PML)吸收边界条件，分析由梯形截面硅基垂直多槽纳米线构成的平行定向耦合器.考虑了波导侧壁倾角、耦合波导间距、槽宽及槽折射率的变化对定向耦合器性能的影响.给出了准TE与准TM偶、奇模有效折射率、耦合长度及模场分布，揭示了其模式的混合特性及模场分布特点.分析结果表明，恰当选择结构参数及材料参数，可实现两偏振态下相同耦合长度，定向耦合器在偏振无关条件下工作.

基于半导体光放大器(SOA), 提出了一种适于异步光分组交换的反射式全光分组头提取方案, 它具有比特率透明、开关比(CR)大等特点, 适于变长、全光分组交换。仿真了不同速率光分组头的提取效果, 分析了系统参数对CR的影响。结果表明, 当分组头脉冲速率分别为622Mb/s、2.5Gb/s及10Gb/s时, CR分别为25.46、25及21.7dB。CR随输入脉冲能量、小信号增益及SOA饱和能量的增大而增大, 通过适当选取这些参数, 可进一步提高系统性能。

本文提出了基于楔形光纤以及端面成角度光纤的共路径光相干成像系统探头，实现背向散射信号在其端部的共路径相位干涉，从而获得待测件断面成像信息.首先，建立了共路径光相干成像系统光路及探头相位干涉的理论模型，分析了各光纤探头尺寸与干涉信号强度、系统性能的关系.其次，分别设计出楔形光纤、端面成角光纤探头，开展了共路径光路干涉实验，搭建了工作波长为1 550 nm的共路径光路测试系统.然后，根据不同待测样品的散射率，设计并研制了不同角度的楔形光纤探头，分析了不同尺寸的光纤探头对系统性能的影响，针对不同样品开展了固定探头探测实验.实验结果表明，楔形光纤端部可直接对输出光聚焦，照射在被测样品上，且其端面成一定角度时，可调节输出分光比，实现对参考信号的调节，提高了系统信噪比.为进一步开展共路径光相干成像系统的研究奠定了基础.