基于相干瑞利散射的分布式光纤声波传感(DAS)技术可以实时获取光纤沿线各位置的振动和声场信息,具有传感范围大、时空精度高等独特优势,近年来得到了多个领域研究学者的广泛关注。论述了DAS的基本传感机理,概述了相干衰落抑制、响应带宽与空间分辨率提升等关键科学技术问题的研究进展,介绍了DAS在安防、铁路等领域的应用进展,并针对DAS技术未来可能的发展方向进行了评述与展望。

基于多波干涉原理，建立了基于相位敏感光时域反射计(OTDR)的光纤分布式扰动传感器（FDDS）光路系统数学模型，研究了激光器频率漂移对相位敏感OTDR定位精度的影响机理。仿真结果表明：激光器的频率漂移是导致传感器定位精度和信噪比降低的关键因素，当激光器的频率漂移分别高于25 MHz/min和30 MHz/min时，依据移动平均和有扰动减无扰动定位方法以及移动平均和移动差分算法得到的传感器信噪比低于2 dB，定位算法失效。采用频率漂移速率分别为3 MHz/min和190 MHz/min的激光器进行实验，实验结果表明：频率漂移速率为3 MHz/min的激光器通过所述的两种定位方法得到的定位误差均为100 m；频率漂移速率为190 MHz/min的激光器无法实现扰动的定位。研究结论为激光器的选型以及提高传感器的定位精度提供了理论指导。

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。

利用光纤进行相位稳定的微波频率参考的远距离分配，在深空科学研究、基础物理测量以及多基地雷达技术方面有着广泛的应用需求。研究了基于往返相位校正的光纤稳相传输理论，建立了稳相传输的理论模型，搭建了基于光电延迟锁相环的光纤稳相传输实验系统，理论分析并实验研究了相干瑞利散射噪声对系统传输相位稳定性的影响。研究发现相干瑞利散射噪声不仅直接造成远端信号信噪比恶化，并且通过锁相环路转化为系统残余相位噪声，进一步恶化远端信号的稳定性，成为影响稳相传输系统性能的主要因素。针对该问题，提出了双波长的稳相传输技术，有效地克服了相干瑞利散射噪声的影响，实现了10 GHz微波频率参考、100 km光纤稳相分发，传输至远端的相位均方根抖动（RMS-jitter）低于730 fs。