Miniaturized fiber-Bragg-grating (FBG) interrogators are of interest for applications in the areas where weight and size controlling is important, e.g., airplanes and aerospace or in-situ monitoring. An ultra-compact high-precision on-chip interrogator is proposed based on a tailored arrayed waveguide grating (AWG) on a silicon-on-insulator (SOI) platform. The on-chip interrogator enables continuous wavelength interrogation from 1 544 nm to 1 568 nm with the wavelength accuracy of less than 1 pm [the root-mean-square error (RMSE) is 0.73 pm] over the whole wavelength range. The chip loss is less than 5 dB. The 1 × 16 AWG is optimized to achieve a large bandwidth and a low noise level at each channel, and the FBG reflection peaks can be detected by multiple output channels of the AWG. The fabricated AWG is utilized to interrogate FBG sensors through the center of gravity (CoG) algorithm. The validation of an on-chip FBG interrogator that works with sub-picometer wavelength accuracy in a broad wavelength range shows large potential for applications in miniaturized fiber optic sensing systems.

The effectiveness of monitoring and early-warning systems for ground deformation phenomena, such as sinkholes, depends on their ability to accurately resolve the ongoing ground displacement and detect the subtle deformation preceding catastrophic failures. Sagging sinkholes with a slow subsidence rate and diffuse edges pose a significant challenge for subsidence monitoring due to the low deformation rates and limited lateral strain gradients. In this work, we satisfactorily illustrate the practicality of the Brillouin optical time domain analysis (BOTDA) to measure the spatial-temporal patterns of the vertical displacement in such challenging slow-moving sagging sinkholes. To assess the performance of the approach, we compare the strain recorded by the distributed optical fiber sensor with the vertical displacement measured by high-precision leveling. The results show a good spatial correlation with the ability to identify the maximum subsidence point. There is also a good temporal correlation with the detection of an acceleration phase in the subsidence associated with a flood event.

为解决复杂多变环境下光纤入侵事件因噪声干扰识别困难、误报率高的问题，提出了基于改进的奇异谱分析和遗传算法优化的双向长短期记忆神经网络的入侵事件识别方法。首先，为了减少噪声对识别效果的影响采用改进的奇异谱分析法去噪，对入侵信号及其分量进行迭代奇异谱分析去噪，并利用信号贡献率的大小来确定信号重构的秩阶次，调节信号分量去噪的程度，实现光纤信号的去噪。然后，利用遗传算法优化神经网络结构参数，构建双向长短期记忆神经网络提取光纤信号空间特征，最后基于以上方法对攀爬、跑动、敲击、静态、大风、雨天6种实测信号进行入侵事件识别实验，实验结果表明，在双Mach-Zehnder光纤周界传感系统识别入侵事件过程中，改进的奇异谱分析相比普通的奇异谱分析，去噪信噪比有明显提高，平均信噪比提高了12.79 dB，平均均方根误差略有减少。遗传算法优化的双向长短期记忆神经网络较未优化神经网络平均识别率提高了5.7%，识别准确率最高可达98.1%。

分布式光纤传感器以光纤作为传输和传感融合的介质，具有高灵敏、全分布、大尺度、高分辨的独特优势，近年来受到多个应用领域研究人员的关注并逐步进入产业化。然而，现有普通单模光纤在传感信噪比与稳定性等方面仍存在局限性。以散射增强微结构特种光纤为传感载体，研究其分布式传感增效机理，介绍了其自动化、高效率刻写制备技术，并重点阐述了其分布式光纤传感技术研究进展与相关应用。进一步对散射增强微结构传感光纤的未来发展潜力及应用方向进行了展望。

为了解决传统分布式光纤传感系统只针对单一变量进行测量的问题，研究人员近年来结合多种光纤传感测量机理，提出了一系列多机理融合的分布式光纤传感系统，使用同一系统实现多种参量的测量。综述了近年来多机理融合的分布式光纤传感技术，从不同散射机理相互结合的角度进行分类，介绍了不同的多机理融合的分布式光纤传感系统及其性能指标，并对其进行总结对比，最后展望了多机理融合的分布式光纤传感技术的发展前景。

提出一种瑞利散射信号诱导串扰抑制技术。理论分析表明，采用相位调制器对高相干连续光施加余弦相位调制，可通过设置相位调制频率抑制瑞利散射信号和由其诱导产生的通道串扰，余弦相位调制的幅度越大，串扰抑制效果越好。以基于弱反射率光纤光栅的准分布式声波传感系统为例，开展了瑞利散射诱导通道串扰抑制技术实验研究，实验中串扰抑制了23.85 dB，实验结果验证了所提方法的有效性。

针对调制光栅Y分支型（MG-Y）激光器在实际应用中波长-电流查找表（LUT）构建效率低、调谐方式复杂、波长调谐时功率漂移量大等问题，对其调谐特性进行了深入研究。利用左、右反射器电流的调谐特性，设计出一种具有普适性的波长测试框架，能够高效且准确地定位激光器的平滑波长调谐路径。同时提出一种自适应功率校准算法，提升了激光器在波长调谐时的功率稳定性。测试结果表明：基于波长测试框架的LUT仅包含3147个反射器电流-波长组合；激光器的波长调谐范围为1528~1568 nm，波长调谐步长为5 pm；边模抑制比（SMSR）大于40 dB；波长准确度优于±2.9 pm；波长重复性优于1.9 pm；波长调谐时功率漂移量小于0.408 mW，稳定度为3.57%；解调出光纤非本征法布里-珀罗干涉型（EFPI）传感器的腔长变化量小于7.58 nm，可以应用于光纤传感等实际场景。

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题，设计了一种封装方式并进行结构制作。所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）置入毛细玻璃管中，并填充353ND环氧树脂胶，最后固定在铜片基底上。首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析，然后进行结构的设计及制作，最后进行温度传感测试。聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅，在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力，从而提高其温度灵敏度，并保护FBG传感器的结构。实验结果表明：在40℃至140℃的温度传感测试中，FBG的反射波长保持着不错的线性；温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右，且温度传感特性拟合曲线线性度达到0996以上。

叶绿素的检测和监测在植物生理、水质状况、农业管理和生态系统健康等方面具有重要意义。笔者设计了一种基于微波光子滤波器（MPF）射频强度的叶绿素检测系统，该系统利用叶绿素质量浓度变化导致光纤端面反射率发生变化的原理，根据射频强度与叶绿素质量浓度之间的关系，实现对叶绿素的检测。该系统具有体积小、抗干扰能力强的特点，而且可以实现长距离检测。在该系统中，宽谱光源、微波信号源、掺铒光纤放大器、电光调制器、隔离器、光耦合器、光电探测器、频谱仪、光纤等构成了迈克耳孙干涉仪结构的微波光子滤波器。提取不同蔬菜的叶绿素溶液，采用该系统对叶绿素溶液进行检测，验证了其在植物叶绿素检测方面的可行性。采用该系统检测了叶绿素实验原液以及由叶绿素标准溶液配制的不同质量浓度梯度的叶绿素溶液，验证了射频强度与叶绿素质量浓度之间存在较好的线性关系，其中最大射频强度与叶绿素质量浓度的线性拟合度（R²）达到了0.9741，灵敏度为0.007881 dB/（μg·L^-1），最小射频强度与叶绿素质量浓度的线性拟合度达到了0.9841，灵敏度为0.02258 dB/（μg·L^-1）。上述实验结果表明该系统在高质量浓度叶绿素和低质量浓度叶绿素情况下均具有较好的传感性能。