设计了一种基于频谱分区的高精度光纤光栅波长解调系统。在传统的法布里-珀罗滤波器法中加入法布里-珀罗标准具动态校准滤波器的波长读取值，很好地消除了由滤波器调谐的温度漂移和蠕动引起的测量误差；同时利用标准具及放大自发辐射(ASE)光源特性进行频谱分区解调，大大降低了滤波器调谐时非线性的影响，使得解调系统具有很高的解调精度和很好的稳定性。实验结果表明，系统的稳定性为0.97 pm，分辨率达到了0.33 pm，温度解调线性度为0.9999。

开展了基于光纤后向相干瑞利散射原理的分布式光纤传感在管道安 全实时监测系统中的信号数值模拟和实验研究。 采用多个连续脉冲周期光纤相干后向瑞利散射光在有扰动情况的一维脉冲响应理论模型, 解释了外部扰动对整个后向 瑞利散射信号的影响。并且对理论模型进行数值模拟, 直观展示了相干后向瑞利散射光功率关系曲线;通过对4 km长度的 光纤进行扰动传感实验, 有效地定位了扰动的发生;并且提出了一种利用软件寻峰归一化 提高后向瑞利散射功率信号信噪比的方法, 可以减少平均次数, 从而增大可提取扰动频率范围。

设计了一种应用于工业气体在线测量的垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)恒流驱动电 路。阐述了该恒流驱动电路的组成和工作原理,设计了延时和调制功能,可以安全稳定驱动VCSEL。以测量氧气的VCSEL为 例,结合可调谐二极管激光吸收光谱技术对不同浓度的氧气进行测量,得到了较好的拟合系数,验证了驱动电路对VCSEL输出 波长控制的稳定性,因此这种恒流驱动电路具有实际应用到工业气体监测中的潜力。

基于相干后向瑞利散射原理搭建了一套分布式光纤传感系统, 并设计了一种优化的掺铒光纤放大器。以此为基础进行实验, 分析了消光比、传感距离和传感光纤前后端反射等几个关键因素对相干后向瑞利散射波形的影响。实验结果表明：适当地设计电光调制器偏置电压与掺铒光纤放大器, 可明显改善注入脉冲信号峰值功率和消光比；由于注入信号光消光比的限制, 短距离传感比长距离传感更容易获得优良的散射信号；消除传感光纤前后端的菲涅耳反射也能显著提升散射信号的质量与稳定性。

以HF气体检测为例，简要介绍了基于数字式控制模块的可调谐半导体激光吸收光谱学方法的工业气体分析技术。为了降低噪声干扰对系统监测的影响，针对工业现场环境，设计完成了集数字信号发生器,数字锁相放大器和数据采集卡与预处理等多重功能的数字式控制模块，替代了先前系统所采用的模拟单板结构和系统转接板等孤立单元。同时，为了降低系统因环境温度变化和其它干扰等因素带来的中心吸收波长漂移对最小二乘法应用的影响，采用信号相关方法实时锁定与调整激光器输出波长在待测气体吸收线中心位置，完成对浓度的实时计算。测试结果证明采用数字控制模块和数字处理方法在系统体积、成本以及灵敏度、稳定性和降低信号畸变等方面都对仪器的整体性能有较大的改善。

在吸收光谱检测技术中，常利用多次反射池技术增加吸收气体的光程长度，以提高灵敏度，降低检测极限。通过综合传统的多次反射Herriott池和White池的优点，利用White池的三镜光学结构和Herriott池的光路传输原理，设计出了一种新型的长光程多次反射池，其结构简单、外形紧凑、光程可调、性能稳定并且小型化。将研制出的基长20 cm、光程范围10~100 m可调的新型多次反射池应用于可调谐二极管激光吸收光谱技术中进行一氧化碳气体的探测，结合数字信号处理技术可把现场检测的灵敏度提高到10^{-6量级。实验结果显示这种新型多次反射池在吸收光谱技术中应用良好，与传统同基长的反射池相比，气体检测灵敏度有了明显的提高。}