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。

分布式光纤声波传感(DAS)系统中的单模光纤存在双折射现象, 导致光纤输出的光偏振态发生变化, 与参考光偏振状态不匹配从而产生偏振衰落现象。设计了一套基于偏振分集技术的DAS系统, 将瑞利散射光分别与2种状态的偏振参考光相干后进行光/电转换和数据采集, 消除了偏振衰落现象的产生, 从而减少DAS系统的漏、误报率, 大幅提升了系统的实用性。实验结果表明: 在DAS系统中, 采用偏振分集技术可以完全消除光纤沿线由于偏振衰落造成的系统误判, 提高DAS系统报警准确度。

基于干涉型光纤水听器技术,设计实现了外径为20 mm的光纤光栅型拖曳水听器阵列。首先利用多波长光纤光栅连续刻写技术实现了单纤“无熔点”的光纤水听器阵列,水听器单元的平均声压灵敏度达到-143.9 dB,起伏幅度小于3 dB。利用弱反光栅组阵技术抑制了光栅阵列中的串扰噪声,串扰噪声抑制达到53 dB;利用三路偏振分集接收技术消除了阵列中的偏振衰落噪声。最终制作了外径为20 mm的32元光纤光栅拖曳水听器阵列。

针对马赫曾德光纤干涉结构的信号解调, 理论分析了偏振衰落对3×3耦合器解调的影响, 发现椭圆拟合估计法解调的关键是准确获取信号李萨如图形的椭圆表达式, 从而提出了基于形态学滤波的偏振处理方法, 即利用腐蚀和膨胀滤除椭圆图形中的噪声点, 然后用边缘检测方法提取椭圆外轮廓, 再用最小二乘数值估计方法求解椭圆参数, 最后利用微分交叉相乘方法完成扰动信号的相位还原.仿真结果和现场实验数据证明该方法切实有效, 与传统偏振处理方法相比, 节省了硬件开支, 有效提高了信号解调的稳定性和精确度.

干涉型光纤传感器是一种高灵敏度的传感器，在许多领域都具有重要应用价值，而偏振衰落是这种传感器中需要解决的一个重要问题。提出采用脉冲正交偏振切换及基于相位生成载波(PGC)的信号合成算法来实现抗偏振衰落。阐述了正交偏振切换方法的基本理论，分析了以PGC解调为基础的正交偏振切换合成算法的原理，搭建了实验系统进行实验研究。结果表明，当光纤中偏振态受到扰动时，通过正交偏振切换及合成算法，合成的结果等效干涉度可以稳定在0.93~0.94之间；解调结果的噪声可以达到四路偏振通道噪声的最低水平。该方法可以消除传输光纤中偏振扰动所造成的低频相位漂移，使解调结果不受传输光纤中偏振态扰动的影响。长时间的噪声监测结果表明，PGC调制频率为8 kHz时，系统噪声达到了-96 dB/Hz （1 kHz），与同一系统中采用法拉第旋镜作为反射镜测得的本底噪声相当。该方法为解决干涉型光纤传感器时分复用阵列，特别是基于光纤光栅的干涉型准分布式光纤传感器和分布式传感系统中的偏振衰落问题提供了一种可行的途径。

研究了4 路偏振切换技术在光纤干涉仪中的应用，建立了基于4 路偏振切换的抗偏振衰落的理论模型，运用了复数运算的方法解决4 路信号的合成问题，对偏振诱导信号衰落的抑制效果进行了仿真。偏振衰落实验搭建了基于非平衡的迈克尔孙干涉仪的实验系统，采用相位产生载波技术(PGC)外调制方案解调信号，对4 路偏振切换技术抗偏振衰落效果进行了实验测试。结果表明，4 路干涉信号合成后，可以消除传输光纤双折射的影响，合成干涉信号的解调结果与单路解调结果一致；合成干涉信号的等效干涉度可以稳定在0.838，验证了偏振切换技术抗偏振衰落的有效性。

基于STM32微处理器采用偏振控制器反馈技术并结合遗传算法对50 km长距离分布式光纤振动传感系统中偏振衰落进行抑制.结合STM32与PCD-M02型偏振控制模块特性, 优化遗传算法相关参量, 在STM32微处理器上实现了遗传算法对传感系统的偏振控制.实验结果表明, 基于STM32微处理器的遗传算法在短时间内能得到全局近似最优解, 有效实现偏振控制,该方案适用于对实时性和集成度要求较高的长距离分布式光纤传感系统.

设计并制造了一种熔嵌式多芯高双折射中空光纤。由于该结构光纤中纤芯和包层的几何非对称性，因而具有高双折射的特性，可用于克服纤内集成干涉仪的偏振衰退问题。利用有限元法分析了不同尺寸下模式双折射的变化情况，得出了增加纤芯长轴长度或减小内包层厚度可有效提高双折射的结论，并在1310 nm波长处得到1.42×10-4的模式双折射。实验及分析结果表明，熔嵌式多芯高双折射中空光纤在纤内集成干涉仪的消偏振衰落方面具有一定的应用潜力，可用于制作具有保偏功能的纤内集成干涉仪。

针对偏振衰落现象导致信号关联的二义性使分布式双Mach-Zehnder光纤干涉传感系统难以实现高精度定位的问题，提出了一种控制偏振衰落的方法来保持系统检测信号的稳定性。利用系统的偏振模型分析了偏振衰落的来源，指出传感光纤偏振特性的不一致使系统检测信号对输入偏振态敏感是造成信号相关性恶化的根本原因，据此提出控制输入偏振态、搜索偏振态工作点的抗偏振衰落思想。在此基础上通过分析输入偏振态的两个参量对信号相关系数的作用进一步明确了偏振控制对算法的要求，并利用模拟退火算法进行了验证。现场实验表明，该算法可快速搜索偏振态工作点，持续稳定系统检测信号的相关性；结果证实了提出的偏振衰落控制方法可行且有效。

研究了偏振分集技术消除干涉型光纤传感器中偏振衰落问题的基本原理及实现方法。理论分析表明，偏振二分集可大大缓解偏振衰落。搭建光纤传感系统对偏振二分集技术进行了实验验证，实验中单路最小可视度接近0，而偏振二分集得到的最小可视度为0.4。实验结果表明系统采用的相位载波调制解调技术实现了信号的稳定检测。