腔光力系统是一种光学谐振模式和机械振荡模式在微纳尺度上相互耦合作用的微纳腔体结构。基于微纳加工技术实现的腔光力结构具有超强光机械模式耦合效应，可在激光激励下产生超稳且窄线宽的机械振荡信号。腔光力系统中的经典力学、量子力学现象等已经被广泛应用于高精度传感、腔光力器件与电路、高效率微波-光学转换器件等技术领域。为了获得光机械振荡微波信号，采用基于非线性机械振子的光机械耦合方案，使腔光力作用在一个含有非线性振子的两级级联的机械振子系统上，实现由非线性特性光机械耦合作用引起的简并四波混频，进而产生光机械频梳。基于非线性腔光力系统的光机械频梳研究，将有效推动光子集成式光机械频梳技术的发展和广泛应用。

光功率冗余不足及相位噪声增加是制约光纤水听器传输距离及探测性能的关键因素。基于光纤水听器全光模拟传输系统，建立远程放大相位噪声模型，设计大有效面积低损耗光纤组合传输链路，在100 km传输4波分×8时分复用系统中，远程放大引入的相位噪声仅为-98.1 dB@1 kHz（1 kHz为频率），优于常规单模光纤4.3 dB，模型的有效性得到了验证。将模型应用于150 km传输系统，对远程增益单元位置进行优化，获得了-93.2 dB@1 kHz的远程放大噪声性能。所提噪声模型及优化方法可应用于不带电中继的光纤水听器系统设计及研制中，对增大全光传输距离及提升远程探测性能具有重要意义。

研究了采用内调制相位产生载波（PGC）解调的匹配干涉型光纤传感系统中匹配干涉结构对传输光纤拾音噪声的影响。结果表明：当补偿干涉仪与传感部分相邻时，光学微分效应的作用可大幅度降低由传输光纤光路拾音引入的相位调制噪声；匹配光程差的增加不仅加剧了光频噪声向相位噪声的转换，同时也会影响相位调制噪声的转换幅度。通过设计合适的匹配光程差，并将补偿干涉仪进行有效屏蔽后与传感部分相邻放置，可以有效减小系统的相位噪声。研究成果为光纤传感远程传输系统的综合设计及噪声抑制技术提供了理论及实验基础，具有一定的参考意义。

随着远程光纤水听器系统传输距离的不断扩展, 各类光学非线性效应的影响日益凸显, 并已成为制约远程光纤水听器系统性能的瓶颈。回顾了远程光纤水听器系统中光学非线性效应研究进展, 对系统中存在的光学非线性效应进行分析, 并重点介绍了系统中受激布里渊散射与调制不稳定性的产生机理及其对系统相位噪声的影响, 并介绍相应的抑制方法。

在采用密集波分复用（DWDM）与时分复用（TDM）结构的光纤水听器（OFH）远程传输系统中，非线性波长串扰是制约其传输距离和探测性能的关键因素之一。理论及仿真研究了多波长高峰值功率注入条件下，远程光纤中受激拉曼散射（SRS）导致的波长功率转移及非线性串扰问题，并提出一种基于波长错峰发射的串扰抑制结构。16DWDM×8TDM的OFH远程传输对比实验结果表明，经错峰后的100 km传输系统中，各波长光功率不均衡性相比未错峰前降低9.7 dB；受串扰影响最大的波长1和波长16对应OFH通道的相位噪声分别下降20.0 dB和10.5 dB，达到-97.0 dB和-96.5 dB的低噪声水平，由此验证了错峰光发射结构的有效性。该研究可为光纤水听器远程传输系统的光发射及链路设计提供重要参考。

研究了影响干涉型光纤水听器远程无中继传输系统性能的各种噪声，分析了分布式拉曼光纤放大（DFRA）与掺铒光纤放大（EDFA）混合放大方案对光放大相位噪声抑制的效果，并通过实验得到了与仿真分析一致的结果。研究了相位产生载波（PGC）调制解调对相干双重瑞利散射（DRS）噪声的抑制原理，并对不同距离的DRS噪声抑制效果进行了讨论。远程实验结果表明，PGC技术可使相干DRS噪声降低19 dB，混合放大可使光放大噪声降低7.2 dB。经噪声综合抑制后，100 km传输系统的相位噪声降至-113.2 dB(即2.2 μrad/Hz1/2)，与短程系统噪声基本相当；200 km传输后噪声降至-104 dB(即6.3 μrad/Hz1/2)，相比短程系统增加的部分主要为残留的DRS噪声。

传输光纤引入的偏振和相位调制噪声给光纤水听器远程传输系统带来严重影响。论文提出使用一个声压和加速度不灵敏的参考探头来获取传输光纤引入的公共噪声, 并将该噪声进行自适应滤波处理来估计和消除传感探头中传输噪声的方案。实验结果表明, 归一化最小均方误差 (NLMS)自适应算法对冲击传输光纤引入的宽带偏振噪声抑制最大达 20 dB; 对传输光纤中大幅度的单频连续相位调制噪声抑制达 20 dB; 自适应滤波基本消除了传输噪声的影响, 并且完整保留了传感探头中的仿真信号。实验同时证明, 自适应噪声消除的结果优于直接将参考探头与传感探头信号相减的噪声抑制效果。

在使用窄线宽光源的干涉型光纤水听器远程传输系统中，瑞利散射通过多光束干涉引入了严重的相干噪声。分析了光纤远程传输产生的单次瑞利后向散射(RB)和双重瑞利散射(DRS)对干涉系统的影响，并使用隔离器对RB进行抑制。推导了DRS引入的相位噪声的模型，通过讨论DRS的调制特性，得出相位产生载波(PGC)技术在消除相位衰落的同时也可以大大抑制DRS产生相干噪声的结论。实验结果表明，在光纤水听器往返各25 km的传输系统中，隔离器对RB产生的相位噪声抑制最大达20 dB，PGC技术对DRS噪声的抑制最大达10 dB。在同时抑制RB和DRS后，50 km光纤传输系统中相干瑞利散射噪声的影响基本消除。

研究了偏振分集技术消除干涉型光纤传感器中偏振衰落问题的基本原理及实现方法。理论分析表明，偏振二分集可大大缓解偏振衰落。搭建光纤传感系统对偏振二分集技术进行了实验验证，实验中单路最小可视度接近0，而偏振二分集得到的最小可视度为0.4。实验结果表明系统采用的相位载波调制解调技术实现了信号的稳定检测。