基于波动光学理论和单模光纤受激布里渊散射(SBS)的数学模型,推导了少模阶跃折射率光纤中SBS时空演化耦合振幅方程。依据光波模式和声波模式模场空间分布,计算出不同模式对的声光耦合系数,进一步得到不同光波模式对组合的布里渊幅度增益谱和相移谱。结果表明:参与SBS过程的声波主要为低阶声波模式;对于LP₀₁模和LP₁₁模,两者更倾向于模内的SBS过程,且模内耦合产生的幅度增益以及相移更大;布里渊频移随着光波模式阶数的增加而减小。

相移谱的功率依赖特性对矢量布里渊光时域分析系统的优化设计具有重要意义。对增益型受激布里渊散射(SBS)相移谱进行了建模分析; 搭建了外差pump-Stokes系统, 在5 ~90 mW泵浦光功率和5 ?滋W~9 mW斯托克斯光功率范围内测量了400 m标准单模光纤的增益型SBS相移谱; 分析了Stokes光功率影响增益型SBS相移的机理。结果表明: 当固定Stokes光功率时, 增益型SBS相移范围与泵浦光功率成良好线性关系; 因泵浦耗尽作用的影响, 导致当Stokes光功率由5 ?滋W上升至8 mW时, 增益型SBS相移范围的泵浦光功率灵敏度由1.448 (°)/mW下降至1.156 (°)/mW。根据理论和实验结果, 对增益型VBOTDA系统进行了优化设计分析, 为其在长距离和高精度传感领域的发展奠定了基础。

提出了一种基于气泡群后向散射光多普勒频移谱特性的舰船尾流检测方法。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对尾流区运动气泡群后向散射激光多普勒频移谱进行了理论模拟，分析了气泡数密度和速率分布对后向散射光信号多普勒频移谱特性的影响。在此基础上，利用差动型激光多普勒探测方法，实验研究了模拟尾流气泡群后向散射光多普勒频移谱特性，实验结果与理论模拟基本符合。研究表明，随着尾流中气泡数密度和速率分布范围的增大，后向散射光信号的多普勒频移谱的幅度、截止频移也随之增大。这证明了激光后向散射多普勒频移谱特性分析法可作为一种有效的尾流检测方法。