图像的低质量一直是制约计算鬼成像(CGI)技术应用的重要问题,因此,针对CGI系统的彩色发光二极管(LED)阵列设计了一种特殊的RGB(Red,Green,Blue)排列方式。首先,自主开发了一个64×64的彩色LED阵列为CGI系统提供结构照明;然后,将LED阵列上的芯片按设计的篮织排列方式进行排列;最后,考虑到彩色LED阵列的物理结构,提出了一种针对采样图像的插值算法。实验结果表明,相比笛卡儿采样方式,篮织采样方式的均方根误差(RMSE)降低了4.6%,在存储彩色图像高频信息方面的性能更好。相比双线性插值算法和双三次插值算法,本算法的平均RMSE分别降低了2.0%和6.4%。

采用光纤作为传输链路, 将光子晶体光纤作为系统的输出阵列, LiNbO3波导作为相位调制器, 构建了一种基于光纤光路的光波导光学相控阵。根据光学相控阵理论和LiNbO3波导的电光效应, 分析了系统的可行性, 并研究了这种新型结构下的光波导光学相控阵的输出衍射特性和光子晶体光纤阵列结构参数的关系。研究结果表明通过控制施加在LiNbO3波导上的电压可以改变出射光束的附加相位从而实现光束的偏转; 光子晶体光纤阵列上的纤芯数量、纤芯间距以及纤芯的排列方式等结构参量会对系统的输出光束的光强分布、半峰值全宽度(FWHM)和归一化的振幅分布产生影响。随着光子晶体光纤制作工艺的不断发展, 系统的光束扫描质量将会逐渐提高并且色散特性和传输特性将会获得改善, 为今后这种光学相控阵系统的设计提供了理论基础和技术依据。

激光器的频率漂移对相位敏感光时域反射计的定位有重要的影响，其直接导致定位的信噪比下降。提出一种频谱分析结合选取特征频段的定位算法，在算法中通过选取合适的特征频段，对影响系统定位的激光器频漂进行误差抑制。特征频段的选取通过实验信噪比的高低决定。通过实验验证，结果显示该算法提高了系统定位性能并进一步提高了信噪比。

根据受激布里渊散射(SBS)对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)的监测距离的限制，分析了在使用不同灵敏度的光电探测器时φ-OTDR系统的监测距离，并根据SBS阈值随着光纤长度的增加而下降的特点，提出了一种新的光路结构以提升系统的监测距离。该光路结构采用环行器将敏感光纤分为多个部分，并对各部分的后向瑞利散射光分别进行探测，避免了各部分光纤产生的斯托克斯光相互叠加，从而提高了SBS阈值，进而实现了提升系统监测距离的目的。在实验室测试中，使用3个环行器将敏感光纤分为了3个部分并实现了66.92 km的监测距离。通过增加环行器的数量，系统的监测距离可以进一步提高。

超荧光光纤光源(SFS)具有高稳定性，是光纤传感器(FOSs)中一种理想的光源。SFS光源的相对强度噪声(RIN)是影响FOSs性能的一个重要的因素。由于使用模拟抑制电路的噪声抑制系统无法很好的抑制RIN，文中提出了使用强度调制器的数字RIN抑制系统。为了验证此想法，建立了半实物仿真模型，该模型可以在中心频率处抑制RIN达到20 dB。该数字系统相对原有模拟系统，性能有了很大的提高，因此对FOSs性能的提高有很大的贡献。

在未来的通信领域中，全光逻辑门是全光计算机和全光网络的基本单元。目前已经提出了很多实现全光逻辑门的结构和方法，但是全光逻辑的技术瓶颈也出现了，就是怎样能够将单个的全光逻辑门级联起来实现更复杂的逻辑关系。现存的全光逻辑门结构一般不具有很好的可以实现多级连接的级联性，而且现有的对于级联性的分析大都停留在理论层面，而没有与实际情况相结合，所以对于实际应用来说意义很小。提出了一种新型的基于高非线性Sagnac干涉仪的超高速全光NOT门，建立了它的数学模型，采用了与实际情况更加接近的高斯脉冲模拟输入光，并且在仿真结果的基础上分析了系统的级联性，对级联性的分析考虑了光纤损耗和走离效应的影响。得到的基本结论表明，所提出的全光逻辑门的结构能够在实际情况下保持良好的级联性。

调制器将输入连续光调制成脉冲光，是基于Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统的重要组成部分，其调制频率直接决定了系统的监测距离并影响系统的动态特性。对调制频率对系统动态响应范围的影响进行了理论分析及仿真研究。结果表明，脉冲调制频率决定了系统所能还原的外界扰动信号的最高频率。调制频率越高，系统的频率响应范围越大，可探测到的扰动的极限频率越高，采集到的信号失真度越低；反之，调制频率较低甚至低于扰动信号频率时，采集到的信号将严重失真。

提出并研究了基于Michelson干涉仪的应用于检测时变扰动的光纤分布式传感器。所提出的光纤传感器由两个Michelson干涉仪和一个光纤延迟环组成。扰动作用在传感光纤上，引起传输光波相位的调制作用，可以通过该传感器进行检测并得到扰动的位置信息。通过光电探测器对干涉信号进行接收。对接收到的信号进行隔直，并通过求取峰峰值的方法对隔直后的信号进行预处理。通过希尔伯特变换、相位去包裹和三角函数运算可以提取出预处理信号中包含的相位信息。最后，通过频谱分析和相应的数学运算可以实现扰动的定位。在20 km的监测距离内通过实验验证了传感器的可行性。所提出的光纤传感器具有实时性好、抗偏振性、低成本的独特优势。

针对激光器频率漂移对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)的性能影响，文中采用后向瑞利散射的一维脉冲响应模型对其进行了理论分析。在实验室测试中，搭建了臂长差为100 m的非平衡MZ干涉仪来实时监测激光器的频率漂移；并通过测试三种不同频率漂移的激光器下的φ-OTDR系统性能验证了理论分析的正确性。理论分析及实验结果表明，激光器的频率漂移是引起φ-OTDR曲线波动的重要因素，频率漂移越大，其引起的φ-OTDR曲线波动就越大；当频率漂移高达几百MHz/min时，在时域上已难以区分出是频率漂移引起的扰动还是入侵事件引起的扰动，但仍能在频域中将频率漂移噪声分辨出来。

基于激光干涉原理，建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤分布式扰动传感器多点同时扰动的信号模型.在此基础上，通过数值模拟研究了多点同时扰动对传感器定位准确度的影响，明确了多个扰动信号同时作用时扰动的幅值比和位置差不同情况下传感器的定位准确度.仿真结果表明：当多点同时扰动的信号幅度差别大于等于20倍时，可以给出较强扰动的定位信息；当多点同时扰动的空间距离小于等于100 m时，可以近似看成单点扰动.在光路中增加偏振分束器来抑制偏振衰落的影响，并采用信号发生器对实验光路中的两个压电换能器同时施加正弦信号来模拟扰动进行实验.实验结果表明：在5 km和10 km的位置同时施加扰动，当两个扰动的幅值比大于等于20时，距离较强扰动点的最大定位误差的最大值为200 m；在5 km和5.05 km位置同时施加幅值比为1的扰动，距离5 km位置的最大定位误差为200 m，验证了仿真结果的正确性.该研究为多点同时扰动条件下光纤分布式扰动传感器定位准确度的提高和误报率的降低提供了理论指导.