光频域反射仪（OFDR）具有高空间分辨率、高精度和高灵敏度等多种分布式传感能力，其在油气资源勘探、结构健康监测，以及医疗微创介入手术等多种场合展示出了巨大的应用潜力。然而，扫频非线性噪声、相干衰落噪声，以及光纤中微弱的瑞利后向散射信号是影响光频域反射仪性能的主要因素。本文介绍了光频域反射仪基本原理和波长、相位两种传感解调方法，详细阐述了多种抑制扫频非线性噪声和相干衰落噪声的方法，同时介绍了光频域反射仪在三维形状、大应变、高温、折射率等4个方面的传感应用进展。

相位敏感光时域反射计（Ф-OTDR）系统通常用于振动监测中，具有响应速度快和检测灵敏度高的优势，但受相干衰落效应的影响，导致振幅较低位置提取的振动信号相位信息失真。为此，本文提出一种基于宽带声光调制的高保真Ф-OTDR传感方案，实现对振动信号相位信息的高保真提取。该方案具有调制结构简单紧凑、相位延迟控制精确、频率分量灵活可控、不牺牲响应带宽和空间分辨率等优点。在验证实验中，灵活调制脉宽为100 ns，且同时将包含三个非等间距频率的多频探测光脉冲注入2 km的传感光纤，并以幅值评估的方式对多频拍频信号进行复用。结果表明，该方案中相干衰落的概率从17.541%降低到0.045%，并实现了对模拟振动信号相位信息的高保真重构。

考虑大气湍流及电解调模块相位噪声对光通信系统性能的影响，基于低密度奇偶校验（LDPC）编码设计了一种自适应概率整形（PS）的实用自由空间光通信编码调制方案，实现以比特度量解码速率为目标函数的速率自适应，采用启发式算法求解M元正交幅度调制（M-QAM）信号星座点概率质量函数（PMF）分布的最优问题。结果表明：在弱湍流与相位噪声的联合影响下，概率整形正交幅度调制（PS-16-QAM）在最优概率分布下的比特度量解码速率比均匀分布16-QAM下更逼近香农容量。当湍流强度一定时，相位噪声增大对低信噪比下选取的PS分布影响更大，当前向纠错译码前的误码率为10-2时，提出的PS方案与均匀分布编码调制系统相比最高可获得4.8 dB的整形增益。

针对微波通信、雷达、电子战和导航等先进电子系统的应用发展需求, 为了实现具有实用价值的极低相噪耦合微波光电振荡信号产生, 提出了一种基于Sigma型光纤储能环腔架构的低相噪启钥式耦合微波光电振荡器。该方案通过Sigma型光纤储能技术消除了耦合微波光电振荡器中存在的偏振衰落问题, 并且通过有源光纤环腔再生增益特性极大增强了振荡器品质因数, 最终实现了10GHz耦合微波光电振荡器的开机启钥稳定运行, 起振信号在10kHz频偏处的相位噪声达到-139.26dBc/Hz。

针对毫米波和传统蜂窝频段场景下频谱效率和传输可靠性较低的问题，文章提出了一种三维散射簇多天线信道模型以分析大规模多输入多输出(MIMO)系统性能。文章假设仰角和方位角分别遵循拉普拉斯和Von-Mises分布，推导出均匀平面阵列天线各单元之间空间相关系数的解析表达式，最后建立MIMO多天线系统模型并分析其系统性能。研究了仰角功率谱中不同角度扩展对均匀平面阵列衰落相关性和信道容量的影响，以及不同信噪比和天线阵元数对频谱效率的影响。分析结果与传统的均匀线性阵列进行比较表明，在毫米波场景下，均匀平面阵列比均匀线性阵列更适用于大规模MIMO系统，这使未来的移动网络工作在不同频段和蜂窝小区成为可能。

在指数韦伯湍流信道和Nakagami-m衰弱信道条件下，研究了基于选择合并技术的混合自由空间光/射频（FSO/RF）通信系统的性能。在考虑指向性误差的情况下，推导了基于副载波调制和强度调制/直接检测方案的选择合并混合FSO/RF通信系统的平均误码率和中断概率，并利用Meijer-G函数和扩展广义双变量Meijer-G函数得到其表达式。在不同副载波调制方式、湍流强度、指向性误差和RF信道衰弱参数m的情况下，分析了混合FSO/RF通信系统和FSO系统的误码率和中断概率。仿真结果表明，基于相干二进制相移键控副载波调制技术的混合FSO/RF通信系统性能明显优于其他三种调制技术；相比FSO系统，混合FSO/RF通信系统的性能更好。

文物壁画在自然环境下产生褪色现象具有复杂性, 严格意义上讲, 人们无法重现自然环境下这种褪色发生的条件, 但这并不妨碍人们研究其褪色原因的可能性和途径。 通过实验来验证所提出机制的合理性, 这也符合自然科学普遍采用的研究方法。 提出颜料层微观形貌变化是引起壁画褪色的一种重要原因。 胶料作为颜料层的连续相, 当胶料分解时, 颜料层微观形貌必然产生变化, 为证明这种变化会引起颜料层褪色, 而非颜料变化所致。 建立了以具有较高热稳定性的赭石为颜料, 以明胶作为粘接剂制成模拟的壁画颜料层。 然后通过加热处理使胶料发生氧化分解, 从而造成颜料层微观形貌发生变化, 但赭石颜料依然稳定, 期望证明在颜料赭石不发生变化时, 由于颜料层微观形貌变化也可引起颜料褪色。 实验通过煅烧壁画颜料层模拟样获得胶料降解的壁画模型, 分别以SEM及多角度反射率光谱等技术, 考察模拟样胶料降解前后表面微观形貌和光学性质变化。 结果表明: 壁画模拟样煅烧后, 颜料层表面产生空隙结构, 样品表面多角度反射率光谱表明煅烧后样品颜料层对可见光的反射增加而吸收降低, 并观察到模拟样颜色淡化。 以无色, 难挥发, 且不与颜料层发生化学反应的离子液体涂覆褪色样品表面, 以上述技术表征涂覆处理前后颜料层表面微观形貌和表面光学性质变化, 结果表明: 离子液体填充了褪色样品表面颗粒间空隙, 检测到样品表面对可见光的反射降低而吸收增加, 观察到褪色样品的颜色加深。 以上实验结果证明了推测合理性, 即微观形貌变化确实会引起颜色变化。 依据此原理以唐代墓室褪色壁画为例, 进行了显现修复应用研究, 其颜色显现效果显著。