多模光纤中存在的多个自由度为大容量通信和多参量传感提供了可能, 然而多模光纤中存在的高阶模不仅不稳定、 易耦合和易辐射损耗, 而且导致了布里渊增益谱畸变、 谱宽展宽和布里渊增益峰值降低, 严重劣化了系统的测量精度与传感可靠度。 因此, 研究多模光纤布里渊增益谱的特性和整形优化尤为重要。 首先对多模光纤的布里渊频移和布里渊增益谱特性进行了理论研究, 并与少模光纤、 单模光纤进行对比。 结果表明： 多模光纤的布里渊频移与模式折射率及布里渊散射角有关, 当布里渊散射角不变时, 布里渊频移与模式群编号呈负相关; 当模式群编号不变时, 布里渊频移与布里渊散射角呈正相关。 相比单模光纤, 少模光纤与多模光纤由于受到高阶模的影响, 布里渊增益峰值和布里渊频移较低, 布里渊增益谱较宽。 多模光纤中的高阶模最多, 对应的布里渊增益峰值和布里渊频移最低, 布里渊增益谱最宽。 此外, 分析并设计了两种基于单模光纤的多模光纤布里渊增益谱整形优化方法。 搭建移频本地外差布里渊光时域反射系统, 通过测量比较两种整形优化系统的布里渊增益谱宽及抗弯曲性能, 以评估整形优化程度。 实验结果表明： 提出的两种整形优化方法不同程度地减小了多模光纤的布里渊增益谱宽, 获取的布里渊增益谱有着良好的Lorenz拟合度, 分别为0.974 47和0.987 89。 利用单模环形器结合单模光纤对准熔接多模光纤的方法有更好的整形优化效果和抗弯曲性能, 最小弯曲半径和布里渊增益谱宽分别为2.25 mm和53.12 MHz。

光纤传感技术是近年来新兴的一种传感技术, 在众多领域中得到了广泛的关注和研究。归纳总结了光纤形状传感技术研究的主要进展, 讨论了基于光纤光栅传感和分布式传感的光纤形状传感技术的基本原理, 介绍了形状重构的理论框架——Frenet-Serret公式, 分析了分布式光纤形状传感技术研究中的关键问题, 并在此基础上对分布式光纤形状传感技术的研究前景进行了展望。

为实现苹果产地的判别分析，以阿克苏、静宁、灵宝和烟台的红富士苹果为研究对象，在800~1700 nm范围内采集苹果的高光谱数据，分别采用一阶导数（1-Der）、二阶导数（2-Der）、标准正态变换（SNV）、多元散射校正（MSC）、小波变换（WT）、平滑变换（SG）、傅里叶变换（FT）对原始光谱数据进行预处理，建立线性模型偏最小二乘法判别分析（PLSDA）和非线性模型极限学习机（ELM）和支持向量机（SVM）两种。结果显示，采用MSC预处理方法的效果最佳，非线性模型优于线性模型。对MSC预处理之后的光谱数据，分别采用主成分分析（PCA）、连续投影算法（SPA）、竞争性自适应重加权算法（CARS）提取特征波长，再基于特征波长建立苹果产地的ELM和SVM判别分析模型。结果表明，CARS方法提取特征波长的效果最佳，两种机器学习算法的测试集的正确率分别为98.75%和100%，这可为苹果产地的判别分析提供理论参考和实验依据。

光纤布里渊传感中, 本征存在的由温度和应变交叉引起的判断模糊问题, 一直是光纤分布式传感领域的研究热点。针对这一问题, 总结了四类解决方法: 铺设参考光纤、双参量矩阵方程测量、双物理效应结合及特种光纤判别。对每一类解决方法的原理、系统、传感性能及特点进行了分析, 并对各种方法进行了讨论、对比与评价。最后总结并展望了解决交叉敏感问题的研究方向。

相干光时域反射仪(COTDR)测量曲线的振幅变化受相干瑞利噪声影响较大, 严重时导致系统发生误报并降低系统性能。主要探索了系统中相干瑞利噪声的产生机理及其影响因素, 给出了各个因素与瑞利散射系数之间的定量关系, 并仿真分析了光纤折射率、系统空间分辨率和光源频率的变化对干涉衰落波形的具体影响; 从改变光源频率的角度总结分析了近年来降低COTDR系统中干涉衰落的主要方法及其局限性, 并对COTDR系统在长距离光通信链路和地铁隧道监测等方面的应用进行了介绍。

随着相位敏感光时域反射计（-OTDR）技术的发展与应用, 传统的幅度解调方法已经很难满足人们对高质量传感的需求, 而相位解调方法凭借其对相位信息解调的高灵敏性和高精确度的优势, 近年来引起了国内外的广泛关注。综述了-OTDR系统中相位解调方法的研究进展, 介绍了相位生成载波解调法、基于3×3耦合器的解调法和数字相干IQ解调法3种-OTDR系统中的相位解调方法, 并简单分析了这几种方法的优缺点。对未来基于-OTDR的传感系统中解调方法的优化及新方法的提出具有重要的意义。

瑞利布里渊光时域分析系统(BOTDA)存在信号小、噪声大的问题,会导致系统空间分辨率与信噪比难以同时提高。将脉冲编码技术引入瑞利BOTDA系统,可在不降低空间分辨率的前提下有效地提高系统信噪比和布里渊频移测量精度。分析了瑞利BOTDA温度传感系统的原理,介绍了Golay互补序列的特性,并给出了单脉冲和编码脉冲系统的信噪比表达式;搭建了单脉冲和脉冲编码瑞利BOTDA温度传感系统,测量了单脉冲瑞利BOTDA系统的温度传感特性及脉冲编码瑞利BOTDA系统的空间分辨率和温度测量精度。实验结果表明,由瑞利BOTDA系统获得的布里渊频移与温度呈良好的线性关系,温度系数为(1.109±0.010) MHz·℃ ^-1;当采用10 ns脉冲宽度、64 bit格雷编码时,在1.77 km光纤的加温段上实现了空间分辨率为1 m、温度测量精度为1.39 ℃的传感测量。

提出一种不受电光调制器传输曲线温度漂移现象影响的基于瑞利散射的单端布里渊光时域分析系统, 并对系统所需的合成信号及温度特性进行分析, 通过搭建单端布里渊光时域分析温度传感系统测量系统的温度特性。结果表明: 通过测量布里渊增益谱获得的布里渊频移与温度呈良好的线性关系; 由单端布里渊光时域分析温度测量系统获得的布里渊频移的温度系数为1.109MHz/℃, 与传统双端布里渊光时域分析系统获得的1.20MHz/℃具有良好的一致性, 在1.77km光纤上可实现9.5m空间分辨率的温度传感测量。

瑞利布里渊光时域分析系统具有单光源、单端工作、非破坏的优点, 为了解决系统信噪比与空间分辨率之间的矛盾, 将编码技术应用到瑞利布里渊光时域分析系统中, 可以在保持空间分辨率不变的前提下提高系统信噪比。提出了基于雪崩光电二极管检测和Simplex编码的瑞利布里渊光时域分析系统, 系统中的随机散粒噪声功率和信号功率有关, 而热噪声功率主要取决于雪崩光电二极管光电检测器的性能、与信号功率无关。由系统中与两种噪声相关的电流波动的方差和Simplex码的编解码规则可得编码系统的均方误差, 由此推导了系统信噪比和编码增益公式。随着编码长度的增加, 编码增益会逐渐增大并在某一编码长度后趋于稳定, 因此系统存在最佳编码长度, 最终推导了最佳编码长度公式, 并对信噪比和最佳编码长度进行了MATLAB仿真。仿真结果表明, 在基于Simplex码的瑞利布里渊光时域分析系统中, 当脉冲基底1阶边带产生的瑞利散射光功率为0.5 mW时, 随编码长度的增加, 编码增益逐渐增大并趋于稳定值6.69 dB, 系统的最佳编码长度为63 bit。