因磁光开关的开关速度快、可靠性高、串扰小等特点，提出一种基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达。分析了基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达的成像原理，实验测试影响激光雷达性能的磁光开关相关性能参数，包括延迟时间、开关上升沿时间、插入损耗、回波损耗。随后，基于1×8光纤磁光开关搭建了时分复用全固态激光雷达实验系统，通过磁光开关将光路切换到二维光束阵列不同位置的光纤通道中，基于飞行时间（ToF）测距技术实现了激光雷达的快速三维成像。最终，通过对空间目标构建三维点云图，验证了该雷达系统的全固态三维成像能力，实现了510.3 Hz的扫描频率和0.36°的角度分辨率，并通过微平移台可将角度分辨率提高到0.18°。与micro-electro-mechanical system（MEMS）和光学相控阵的光束成像技术相比，所设计的技术方案具有成本低、能量利用率高和光束质量高等优点。

三维成谱成像技术是一种能够对观测视场中的所有展源目标进行实时光谱获取的技术, 它可以通过单次采样同时获得目标光谱域和二维空间域信息。 光纤积分视场单元(IFU)则是天文三维成谱成像技术的关键器件, 通过将接收的像面切分, 将像面信息细分到若干单元传递至光谱仪, 在此过程中二维的展源目标被重整为互不干扰的线性排列供光谱仪进行采样提取, 能有效提高天文观测的时间分辨率。 介绍一种具有242光纤单元的IFU, 该IFU目前应用于中科院云南天文台的光纤阵列太阳光学望远镜(型号FASOT-1B)系统。 为满足FASOT-1B的指标要求, 获得高传输效率、 高光谱分辨率和高时间分辨率观测效果, 该IFU采用微透镜阵列加光纤阵列的结构, 该微透镜为正六边形球面镜, 实现接近100%的空间填充率。 综合考虑光纤积分视场单元前置望远镜系统和后端光谱仪系统的设计参数, 优化设计了一对11×11的微透镜阵列, 相邻微透镜间距300 μm, 每个微透镜对应天区1.5″, 以焦比F/8.2将接收到的光汇入与其对应的光纤纤芯中。 系统分析光纤芯径与光谱仪光谱分辨率间的关系, 设计的光纤规格为: 35/105/125 μm, 该设计既能满足光纤接收微透镜所传递的全部光信息, 同样可以得到系统需求的光谱分辨率和相对短的狭缝宽度。 量化分析IFU阵列端光纤直径与微微孔深度对光纤实际入射焦比的影响, 选定的微孔尺寸直径130 μm, 深3 mm。 阵列端二维排布的光纤在赝狭缝端经过重整, 以线性排列将光信息导入光谱仪, 相邻光纤间距130 μm。 整个IFU的能量传输效率均值77.7%, 波动值RMS 1.6%； 所有光纤出射焦比EE90均慢于F/7。 IFU出射端(赝狭缝端)光纤横向(排列方向)偏移量RMS值小于2.7 μm, 纵向(垂直于排列方向)偏移量RMS值小于1.8 μm。 FASOT-1B系统安装IFU并调试后进行了验证性观测, 成功获取了太阳NOAA12738活动区MgI色球的斯托克斯光谱, 该IFU也成为国内首个自主研制并应用于科学观测的光纤加微透镜型IFU。

定量分析光纤阵列位移及指向扰动偏差对合束激光光束质量因子M²的影响规律是实现合束激光光束质量有效控制的前提。根据衍射积分推导了紧凑型光谱组束系统中光纤阵列存在不同位移、指向扰动时合束激光的远场光强分布，利用Heisenberg不确定性原理推导出了合束激光光束质量因子M²的表达式。在恒定的子束数目下，分析了单路/多路光束分别存在位移、指向扰动偏差时合束激光光束质量因子M²的变化情况，并在一定的随机位移、指向扰动偏差下对不同子束数量的合束激光的光束质量因子M²进行了误差分析。结果显示：合束激光光束质量因子M²对沿光纤端面水平（x轴）方向的扰动量最为敏感，需要控制在微米量级；确定了光纤阵列的不同扰动量与合束激光光束质量因子M²之间的定量关系，给出了光纤阵列位移、指向精度控制要求；当参与合束的子束数量超过23束时，在特定的随机扰动量下，合束激光的光束质量因子M²的统计均值分别趋向各自的稳定值1.37、1.34、1.25，而标准差分别趋于0.05、0.06、0.04。

针对电力设备环境监测的现实需求, 开展了光纤阵列温度传感技术的研究。提出了一种以保偏光纤作为传感单元的干涉型传感探头, 建立传感系统的数学分析模型, 构建干涉光路, 分析传感探头长度、光源波长等参量对测温范围的影响。在此基础上, 完成了基于毛细玻璃管的传感器封装设计并研制系统样机。最后, 开展了温度测试实验和传感器重复性实验。实验结果表明, 在光源波长相同的情况下, 传感探头越短, 其测温范围越大, 并且当传感探头为1 cm时, 其测温误差大约为0.37 ℃, 精度约为0.3 ℃。对于光纤温度传感技术在电力等行业中的应用有参考价值。

提出一种基于全光纤光谱干涉的多路超短脉冲大动态范围时间同步单次测量方法,弥补了非线性相关法测量同步状态时测量范围小和示波器测量时分辨率差的不足,解决了同步测量中空间光路的复杂性和单次实时测量的难题。首先对多路光纤阵列干涉测量进行仿真计算,然后设计四路脉冲传输的光路并在实验中验证多路同步单次测量方法的可行性,最后详细分析测量误差的来源和影响。该测量方法的最小同步时间精度为5.3 fs,测量范围为1.055~14.751 ps,与仿真结果有较好的一致性。该测量方法具有光纤链路易于集成、光谱干涉数据处理速度快、测量信号能量需求低等优势,在多路超短脉冲激光相干合束系统中有重要应用前景。

利用大气湍流传输理论和部分相干光交叉谱密度函数，研究了部分相干光-光纤阵列的耦合效率，分析了光源相干度、透镜阵列子孔径数N、传输距离、湍流强度和波长对耦合效率的影响。仿真结果表明，透镜阵列可以很好地抑制光源相干度的下降和大气湍流对部分相干光-光纤阵列耦合效率的影响。在等效接收口径一致时，增加N可以有效提高部分相干光-光纤阵列的耦合效率。当N=37、传输距离大于3 km时，耦合效率变化曲线趋于稳定。对于波长为1550 nm，相干度为0.04 m的光源，相比单透镜接收，在中、强湍流情况下，N=37的透镜阵列可使耦合效率从40%和8%分别提高到60%和53%；相比长波长光源，透镜阵列对短波长光源的耦合效率提高更明显。对于波长为850 nm和1550 nm，相干度为0.04 m的光源，相比单透镜接收，N=37的透镜阵列可使耦合效率从18%和41%分别提高到57%和60%。