相位生成载波（PGC）调制解调是干涉型光纤水听器常用的解调方法。首先，分析并建立了PGC解调系统的噪声传递模型，研究了光源强度噪声对PGC解调输出噪声的影响机理，分析了调制深度和工作点两个参数对PGC解调噪声稳定性的影响。然后，提出了一种基于3×3耦合器的多相PGC解调方案，即在传统PGC解调架构中引入3×3耦合器进行多相检测，利用3×3耦合器的相移特性对三路干涉信号进行融合处理。在不同的调制深度条件下，该方案可以降低水听器工作点变化所引起的光源强度噪声传递系数波动范围。实验结果显示，在常用的调制深度范围（1.7~3.4）内，工作点变化导致的噪声传递系数波动峰谷值小于0.5 dB，噪声稳定性相比传统PGC解调系统显著提升。

本文提出了一种基于多波长平均的五步相移解调方案，解决非本征光纤法布里-珀罗（F-P）传感器阵列的串扰问题。以光纤F-P传感器的两基元并联复用系统为研究对象，探讨了基于五步相移解调方案的基本串扰理论以及多波长解调抑制串扰的具体方法。通过数值仿真研究了串扰与传感系统的消光比、平均波长数、波长间隔以及不同传感器基元腔长的关系，对单波长解调方案和多波长解调方案的串扰抑制效果进行了对比分析。结果表明，相较于单波长解调方案，多波长解调方案通过对多个连续工作点处的五步相移信号解调结果进行平均，降低了传感阵列的串扰。同时，该解调方案降低了对传感阵列光开关消光比和不同基元间腔长一致性的要求，有效推进了光纤F-P传感器阵列大规模复用的发展。

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。

由于湿端极简化，光纤光栅水听器系统中普遍存在的偏振诱导信号衰落和随机相位衰落等关键问题仅能采用复合型调制解调手段解决；光纤光栅的双向反射特性会引起传感通道间信号串扰增加等新问题。报道了一种光纤光栅水听器阵列，水下仅采用80个光纤光栅构成64基元水听器阵列。采用相位生成载波与偏振切换调制解调方案，系统本底相位噪声达到-95 dB/Hz@1 kHz，等效噪声压为36 dB@1 kHz。系统采用低反射率光纤光栅，结合8空分×2波分×8时分复用结构设计，系统的时分、空分和波分通道串扰均稳定在-40 dB以下。该研究为光纤光栅水听器的工程实用化提供了重要的实践探索。

构建了短程传输链路的瑞利寄生干涉模型，利用干涉可见度的参数特性，得出系统背向瑞利散射噪声与询问脉冲宽度、传输链路光纤长度、瑞利散射率等参数的关系。理论与实验结果均表明：短程传输状态下瑞利散射并不会随着传输光纤长度的增加和瑞利散射率的提高而线性增强，而是呈现出不连续特征。短程传输状态下的瑞利散射还与问询系统的调制解调参数密切相关，随着调制解调参数的变化而动态变化。该研究结果定量揭示了短程传输链路状态下光纤水听器阵列的性能随瑞利散射的恶化情况，为短程传输状态下的系统优化设计提供关键支撑。

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。

阐述了光纤加速度计的工作原理，利用有限元方法得到光纤加速度计两弹性柱体外半径上节点的径向形变ΔR，并通过公式计算得出加速度灵敏度值39.69dB（0dB=1rad/g），最后依据仿真得到的结构材料参数，研制了光纤加速度计,并测得其加速度灵敏度为39.43dB,与仿真结果相差0.26dB，实验数据与仿真结果相吻合。研究结果表明，利用有限元方法对光纤加速度计加速度灵敏度性能进行仿真具有一定可行性，该研究对芯轴式推挽型光纤加速度计的结构设计和广泛应用具有重要的理论指导意义。

搭建了一台主振荡功率放大(MOPA)结构的单模线偏振窄线宽纳秒脉冲全光纤放大器，理论仿真和实验结果较为吻合。通过声光调制器(AOM)对连续单频1 064 nm激光进行调制，获得了重复频率50 kHz、平均功率25 μW的脉冲激光，作为放大器的种子源。对预放大过程中非线性效应、放大自发辐射、自激振荡及泵浦饱和问题进行了仿真分析。随后对种子光进行功率放大，通过光纤内参数的有效优化，进一步抑制了自激振荡，提升了弱信号的放大倍率。实验实现了脉冲宽度64 ns、平均功率75 mW的脉冲激光输出。最后，对亚毫瓦弱信号放大器中决定系统性能的关键因素进行了总结。