微距光谱分束是红外领域小型双波段成像系统的关键技术之一。利用菲涅耳衍射理论和角谱理论, 研究了双波长和宽角度入射光场通过阶梯光栅在分数泰伯距离下的衍射特性。建立了基于阶梯光栅的双探测阵列成像模型, 数值模拟了入射波长分别为4 μm和4.5 μm的光束在-30°~30°入射角度范围的光栅分束结果, 获取了探测面上的发光强度、能量和信噪比等参数值。此文的研究成果可为构建微型双波段成像装置及设计精密光谱分束器件提供理论支持。

为了解决光纤传感器中普遍存在的温度和应变交叉敏感问题，基于少模光纤的模间干涉原理，研究了LP01和LP02模式干涉的应变和温度传感特性，详细分析了模间干涉传感的相位灵敏度理论。结合少模光纤的数值仿真结果，设计了一种温度不敏感的应变传感少模光纤，其纤芯直径为15.1 μm，在1550 nm下纤芯折射率为1.4512，包层折射率为1.444。搭建了实验系统来研究少模光纤温度和应变传感特性，结果表明：理论计算能够较好地预测实验结果；少模光纤在0~600 μm范围内，应变的相位灵敏度为0.0196 rad/μm，在30~330 ℃范围内，对温度不敏感，可有效改善温度和应变的交叉敏感问题。

依据少模掺铒光纤放大器(FM-EDFA)理论模型，在分析均匀掺铒光纤模式增益特性的基础之上，设计了一种分层掺铒的少模光纤结构。通过遗传算法优化分层掺铒光纤中的铒离子分布，实现了FM-EDFA 信号光四模式群组的增益均衡。仿真结果表明，利用980 nm 单模抽运模式，可以使1550 nm 信号光的四模式群组平均增益达到22 dB，模间增益差值小于0.5 dB，且在C 波段各模式光谱平坦度为2 dB。简化抽运模式结构，降低掺铒光纤制作复杂性，为进一步开展四模式群组增益均衡的实验研究奠定了基础。

小型化、低成本和低噪声的激光器有助于实用化非经典光源的实现。掺镱光子晶体光纤锁模激光器与钛宝石激光器相比，具有系统结构简单、体积小和价格低的优点，但其噪声特性还有待深入研究。采用一套适用于测量脉冲激光器噪声的自零拍探测系统，对掺镱光子晶体光纤飞秒激光器的噪声进行了测量分析。结果表明掺镱光子晶体光纤飞秒激光器的振幅噪声显著高于其散粒噪声基准，说明该激光器的输出不是理想的相干态光场，其噪声特性有待进一步提高。

使用脉宽为1.6 ps的脉冲光抽运0.6 m长的光子晶体光纤，测量由光纤中自发四波混频过程所产生光子对的频谱，并利用所获得的相位匹配数据确定了待测光纤的色散。当抽运光的中心波长以1 nm的步长，在1037 ~1047 nm的范围内变化时，通过可调谐滤波器和单光子探测器测量光子晶体光纤产生的信号和闲频光子对的频谱，从而获得11组四波混频相位匹配数据。然后使用阶跃有效折射率模型对所获得的相位匹配数据进行拟合，得出待测光子晶体光纤的纤芯半径和包层空气比的有效值分别为0.949 μm和29.52%，并在此基础上计算了光纤的色散及全频谱范围内的四波混频相位匹配曲线。实验结果显示，曲线预测值与实测值之间误差小于0.1%。