本文在理论上提出了一种由非线性分束器和线性合束器构成的量子混合干涉仪,其中非线性分束器是由非线性参量过程结合量子压缩源的线性相干反馈构成,用于提高量子混合干涉仪相位灵敏度。具体而言,光学参量放大输出的光束与量子压缩源线性反馈至输入端,获得一对纠缠度可控的双模压缩光束,结合线性合束器,构建反馈型量子混合干涉仪。结果表明,相比于无反馈量子混合干涉仪,本方案通过调节反馈强度至合适区间,可以在增加相敏光子数实现干涉信号强度提高的同时,增强两干涉臂之间纠缠度进而减小干涉噪声。此外,将压缩真空态作为反馈环结构的输入态,能够进一步降低探测信号的噪声。因此,本方案从以上三个方面有效地提升混合干涉仪的测量灵敏度,甚至在有损的情况下,相比于无反馈情形,该反馈型量子混合干涉仪仍具有更好的相位灵敏度,表现出更好的抗损能力,有望应用在量子精密测量领域。

基于六光子双数态，研究了两输出光子计数测量方案的最大似然估计量及其相位灵敏度，并用最大似然估计量重构双折射样品的二维显微图像。数值结果表明，两组两输出测量方案可以避免暗点处的相位灵敏度发散，从而克服显微图像的散斑问题。与单光子情况相比，重构的图像整体品质因子接近于理想的六光子双数态增益因子。

该文介绍了压差式光纤矢量水听器及其基元的工作原理, 并分析了光纤层等效处理对仿真结果的影响。基于有限元法对压差式光纤矢量水听器的基本性能进行了仿真分析, 根据仿真模型所选定的参数研制压差式光纤矢量水听器样品, 并对样品在频率为20~1 000 Hz时进行了测试。测试结果表明, 声压相位灵敏度的仿真计算结果与实验测试结果基本一致, 平均差值约为1.0 dB。研究结果表明, 采用有限元法对压差式光纤矢量水听器的声压相位灵敏度进行仿真具有可行性。

为了实现大范围的水下微弱声波探测, 提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式声波检测（DAS）技术。声波振动引起单模传感光纤中后向瑞利散射光的变化, 将含有声波信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克尔逊干涉仪, 调节干涉仪的臂长差实现不同长度的相邻空间段的后向瑞利散射光干涉, 然后采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息, 实现声波信号的测量。实验搭建了一套基于DAS技术的水下声波测量系统, 该系统不仅能够实时准确定位两个声波位置, 还能还原声波的幅值、频率、相位等信息, 并且实现了1 kHz情况下的-148.8 dB(re rad/μPa)水下声压相位灵敏度, 100~1 500 Hz频率的频响平坦度在1.2 dB之内。实验结果证实DAS技术能够实时快速地实现多个声波信息的定量测量。

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。

根据受激布里渊散射(SBS)对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)的监测距离的限制，分析了在使用不同灵敏度的光电探测器时φ-OTDR系统的监测距离，并根据SBS阈值随着光纤长度的增加而下降的特点，提出了一种新的光路结构以提升系统的监测距离。该光路结构采用环行器将敏感光纤分为多个部分，并对各部分的后向瑞利散射光分别进行探测，避免了各部分光纤产生的斯托克斯光相互叠加，从而提高了SBS阈值，进而实现了提升系统监测距离的目的。在实验室测试中，使用3个环行器将敏感光纤分为了3个部分并实现了66.92 km的监测距离。通过增加环行器的数量，系统的监测距离可以进一步提高。

针对激光器频率漂移对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)的性能影响，文中采用后向瑞利散射的一维脉冲响应模型对其进行了理论分析。在实验室测试中，搭建了臂长差为100 m的非平衡MZ干涉仪来实时监测激光器的频率漂移；并通过测试三种不同频率漂移的激光器下的φ-OTDR系统性能验证了理论分析的正确性。理论分析及实验结果表明，激光器的频率漂移是引起φ-OTDR曲线波动的重要因素，频率漂移越大，其引起的φ-OTDR曲线波动就越大；当频率漂移高达几百MHz/min时，在时域上已难以区分出是频率漂移引起的扰动还是入侵事件引起的扰动，但仍能在频域中将频率漂移噪声分辨出来。

光纤矢量水听器(FOVH)以其低频灵敏度高，动态范围大，抗电磁干扰，易轻型化等诸多优势，成为新型矢量水听器的一个发展热点。针对线阵列应用，开展了光纤干涉碟型矢量水听器的仿真分析和研制工作。有限元分析采用光纤等效层方法（FLEM）和光纤细化结构方法(FLDM)分别对系统的性能进行预报，研制出了光纤碟型矢量水听器样品，并进行了全面的测试。实验结果表明，所研制的矢量水听器样品在100~1000 Hz的工作频带内，矢量通道的等效声压相移灵敏度为-182 dB@100 Hz~-158.5 dB@1000 Hz (ref.1 rad/μPa )，串扰小于-30 dB，有良好的矢量性。

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。

对带空气腔芯轴型光纤水听器进行了研究和试验验证.分别建立了二维和三维模型对水听器性能进行分析，给出了两种模型下的水听器相移灵敏度计算公式；小批量制作了22个该结构的水听器并进行了测试.试验数据与模型计算结果十分吻合.结果表明,三维模型计算结果比二维模型更为准确，频带内均方根偏差大部分都小于0.3(dB·re·rad)/μPa.试验采用的水听器相移灵敏度为－153(dB·re·rad)/μPa，其归一化相移灵敏度达到－308(dB·re·1)/μPa.同时，该模型可以更好地根据实际需要来设计不同尺寸和性能的水听器结构.