空芯微结构光纤的弯曲损耗是决定其能否真正应用到光纤陀螺中的一个核心指标。设计并成功拉制出一款具有超低弯曲损耗的19芯空芯光子带隙光纤，通过与拉制的具有相近纤芯直径的空芯反谐振光纤进行对比，详细探究了空芯微结构光纤弯曲损耗的产生机理，证明了空芯光子带隙光纤具有更优异的抗弯曲特性。使用对称缠绕法，在0.25 cm的极限弯曲半径下，实验测量得到的空芯光子带隙光纤的弯曲损耗为每圈3.63×10^-3 dB @1624 nm，这是目前实验报道的空芯微结构光纤在最小弯曲半径下的最低弯曲损耗。面向光纤陀螺的应用需求，首次实验研究了在不同张力下空芯光子带隙光纤敏感环的插入损耗的变化情况。研究结果显示，随着绕制张力的增加，环体插入损耗显著增加，因此宜在小张力条件下进行空芯光子带隙光纤敏感环的绕制。研究成果对空芯微结构光纤在光纤陀螺领域的实用化进程有着重要的推进作用。

提出一种在近红外波段具有高保偏、低损耗、优良弯曲特性的新型混合结构空芯保偏光纤。在19 cell光子带隙空芯光纤纤芯内添加双层反谐振弧形薄壁，形成创新性混合结构，在保持带隙型空芯光纤优良弯曲特性的同时，通过降低其反谐振结构的对称性，增强保偏特性。数值分析结果表明，对于1 550 nm波长光，双折射值可高达1.36×10-3，对应两偏振基模限制损耗分别为1.24×10-5 dB/km、4.64×10-4 dB/km; 弯曲半径为5 mm时，两偏振基模的损耗均小于10-2 dB/km。对制作容差所进行的分析结果表明，该空芯保偏光纤在弧形薄壁曲率小范围制备误差情况下能保持良好的传输及保偏特性。光子带隙与反谐振混合结构，将为小弯曲半径下高保偏、低损耗空芯光纤的结构创新探索提供新动力，其优良性能也会有力地推动空芯保偏光纤的应用发展。

提出一种具有阶跃纤芯和微结构内包层的大模场面积光纤，通过在光纤中引入阶跃纤芯及高折射率棒环形排布的微结构内包层，有效解决传统结构中大模场面积与单模运转的矛盾制约，突破了由弯曲导致光纤弯曲损耗高和弯曲方向角敏感等问题。应用全矢量有限元法结合完美匹配层对光纤特性进行了优化。研究结果表明，在工作波长为2 μm、弯曲半径为10 cm时，可以获得高达1 412 μm2的模场面积，高阶模与基模损耗比达到767，且对弯曲方向角不敏感。所提出的光纤结构具有大模场面积、优异的单模特性、低的弯曲损耗以及弯曲方向不敏感等显著优势,对推进高功率小型化光纤激光器的发展具有重要意义。

针对φ-OTDR光纤分布式扰动传感器偏振衰落导致漏报的问题, 提出了一种基于空间域差分的定位方法。在不增加光路器件的情况下, 在空间域对探测光强进行差分处理, 与现有时域定位方法相结合, 通过在时域和空间域分别设置报警阈值, 可以有效抑制偏振衰落导致的漏报。对提出的定位方法进行了实验验证, 在空间分辨率为50 m、光纤长度为25.05 km的条件下进行多次实验测试, 与现有单一时域定位方法相比, 漏报率从18.5%降低到2%, 报警准确率从76%提高至89%。该研究工作可以为优化和提高φ-OTDR光纤分布式扰动传感器在实际应用中的技术性能提供理论指导和技术参考。

对基于半导体光放大器(SOA)中非线性偏振旋转效应(NPR)的输出线偏振态向椭圆偏振态劣化现象的影响因素进行了系统的实验研究。在实验环境稳定的条件下, 改变信号光偏振态在邦加球赤道上的初始位置、SOA初始偏置电流和输入光功率等主要的初始参量, 针对输出线偏振劣化问题, 使用控制变量法分别进行研究。实验结果表明, 输出信号光线偏振劣化, 与信号光偏振态在邦加球上的初始位置无关, 与SOA初始偏置电流和输入光功率有关。初始偏置电流越小、输入光功率越大, 输出信号光线偏振态劣化为椭圆偏振态的程度越大。研究结论对基于SOA中NPR在全光开关、全光信号处理等应用系统的设计具有重要的指导意义。

针对目前φ-OTDR光纤分布式振动传感器由于散射光波光强不稳定造成误报率较高的问题，文中提出一种φ-OTDR和Mach-Zehnder干涉仪相结合的光纤分布式振动传感新系统，φ-OTDR和Mach-Zehnder干涉仪分别对外界振动进行探测，从而降低单一φ-OTDR探测的误报率。实验研究了φ-OTDR和提出的新的复合结构系统对外界振动探测的误报率，实验结果表明：在复杂环境下，与现有φ-OTDR方案相比，提出的基于φ-OTDR和M-Z干涉仪复合结构的方案可以有效降低系统的误报率，使系统的误报率由单一φ-OTDR的25%降至2%。

针对光纤周界预警系统输出信号的非平稳特性，提出了一种基于总体平均经验模态分解(EEMD)的模式识别方法。预警系统基于Mach-Zehnder 干涉原理，利用4 条单模光纤构成分布式扰动传感器，实时监测周界入侵事件。该方法引用具有自适应性的EEMD 算法将振动信号分解成多个本征模态函数(IMF)。根据不同振动信号能量各异的特点，提出EEMD 能量熵的方法排除非入侵的干扰。最后建立双重支持向量机对入侵信号进行识别。实验结果表明：该方法可以有效排除非人为入侵的干扰，准确识别攀爬、敲击和其他虚警信号，平均正确识别率优于92%，提高了系统的报警识别率，降低了误报率。

根据级联半导体光放大器(SOA)的偏振主态对准(PSP)与邦加球相关性之间的关系，研究了多级SOA 级联式系统的偏振主态对准方法。提出了基于非线性偏振旋转效应(NPR)的多级SOA 级联式全光开关结构。实际搭建出两级SOA 级联式全光开关实验系统，并以幅值为6 mW 的方波控制光对50 μW 信号光实现了全光开关操作，开关速度达到200 ps，优于传统的电光开关，并存在较大的提升空间。工作波段位于1510~1570 nm，插损为3.62 dB，功耗为12 mW。开关速度快、插损小、功耗低并与光纤通信系统兼容性好。该全光开关的研制成功，将有助于推动全光开关和全光网络技术的发展，以及光计算和全光信号处理等领域的技术进步。

基于Opti-System软件, 对相位波带片型时间透镜进行了深入研究。明确了中心波长对相位波带片型时间透镜焦距色散补偿量的影响机理, 建立了中心波长、色散补偿量与输出光脉冲消光比及脉冲宽度间的关系。研究结果表明, 相位波带片型时间透镜的焦距色散补偿量, 在1 310~1 550 nm波长范围与光信号中心波长呈近似线性关系。通过线性拟合, 得出焦距色散补偿量与中心波长的线性关系公式。对于不同波长的输入光波, 可通过公式确定最佳焦距色散补偿量, 实现最窄脉宽和最优消光比的光脉冲输出。研究结果可为优化相位波带片型时间透镜设计提供理论指导, 进而拓宽相位波带片型时间透镜的应用范围。

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。