基于分布式光纤传感技术在周界安防领域广阔的应用前景，对振动信号在单模光纤上的调制机理和解调原理进行了详细的推导和分析，构建了一套基于相位敏感光时域反射计的分布式声波传感器（DAS）系统，设计了完整的压电陶瓷振动信号检测实验和语音与脚步信号检测实验，通过移动差分求和与正交解调算法实现振动信号的强度解调和相位解调。在语音检测实验中采用铁质半封闭空心圆柱体提高了光纤对声波的灵敏度，对原始语音和复现语音做了平均主观意见值调研来验证语音信号的质量，在时域和频域对DAS系统采集的脚步信号进行了分析和解释，同时将单个脚步信号的相关特征进行提取说明。实验证明，本系统能在传输距离为2 km时实现复杂的语音和脚步信号检测，空间分辨率可达2.2 m，能较好地用于周界安防中的语音与脚步监测。

针对Pound-Drever-Hall（PDH）技术存在的线性动态范围窄、抗干扰能力弱的问题，提出一种基于双调制深度+双误差信号的PDH稳频方法。首先采用数字正交解调技术精确提取干涉信号相位以实现本振信号相位和干涉信号相位的自动匹配；然后利用透射功率信号Ptran和传统误差信号SPDH构建一个新误差信号Spre，以扩大PDH稳频系统的线性动态范围；接着，采用大调制深度对应的新误差信号Spre实现快速捕获和预锁定；最后，采用小调制深度对应的误差信号SPDH实现精确锁定。锁定后，可根据Ptran幅值变化自动切换调制深度和误差信号，实现大线性动态范围和高灵敏度的PDH稳频。研制了基于现场可编辑逻辑门阵列（FPGA）的稳频控制系统，对法布里-珀罗腔进行了锁定测试。实验结果表明，双调制深度+双误差信号的自适应锁定机制可极大地提高锁定系统的抗干扰能力，且锁定精度高，3小时腔长相对稳定度达5.72×10^-9，所提方法可以广泛应用于激光频率/谐振腔锁定等领域。

为了实现高精度绝对距离测量，提出了双腔双频Nd∶YAG激光器（TCDFL）合成波绝对距离干涉测量方案。以正交解调Pound-Drever-Hall稳频的大频差TCDFL作光源，采用马赫-曾德尔干涉仪结构，设计了双频激光合成波绝对距离外差干涉测量系统，获得了两路同频外差干涉信号，对其进行比相测量，得到合成波干涉条纹的小数级次；对被测距离进行粗测，可唯一确定合成波干涉条纹的整数级次，从而实现绝对距离测量。建立了频差为24 GHz的二极管泵浦1064 nm正交线偏振TCDFL合成波长标定与绝对距离干涉测量实验系统，实验结果表明：空气中的合成波长标定值为12.4614 mm，其标准差为0.13 μm；当被测绝对距离为900 mm时，其重复测量平均值为899.3851 mm，标准差和测量不确定度分别为1.36 μm和4.08 μm。该实验研究为今后研究开发超精密绝对距离干涉测量仪奠定了坚实基础。

从国内外最新的数字阵列雷达发展趋势入手, 总结了数字阵列技术向“宽带化、离散化、智能化、灵巧化”发展在调制自由度、信号特征处理、参数控制与算法加速方面亟待突破的问题, 同时对比分析了微波光子处理的适配性及优缺点, 以微波光子雷达实用化推进为目的, 对光模数转换、光正交解调、光波形产生、光射频总线、轻薄化集成等微波光子技术在数字阵列雷达系统中的应用进行了展望。

光学外差干涉系统信号频率高，传统的过采样解调方法的成本高且数据量大，不利于实时解调监测。研究了欠采样数字正交解调方法，以降低外差系统采样频率，满足振动传感快速解调和实时监测的需求。首先理论分析了外差干涉系统欠采样的原理，得到了采样频率需满足的条件，即最小采样频率需大于信号带宽的2倍。对欠采样解调进行了实验验证，在PZT激振电压为0.5 V、外差频率为80 MHz时，利用20 kHz~10 MHz的采样频率均可实现相位解调，解调误差最大为0.3%，且不随采样频率的降低而增大。研究了采样频率大小与可测激振电压范围的关系，采样频率越高，可测电压范围越大。50，100，200 kHz采样频率分别可适用于1~7 V、1~14 V和1~20 V范围的解调。欠采样数字正交解调以其低成本、快速解调的优势在光学外差干涉系统领域有广阔的应用前景。

为了解决由热效应引起的硅基微环器件工作状态不稳定的难题, 提出了一种基于微环谐振器阵列低速正交微扰信号的大规模光子集成电路实时稳定控制技术, 通过建立数值仿真模型验证了该方案能够通过单个检测通道实现对不同信道状态信息进行有效提取, 并搭建了正交解调系统进行实验验证。仿真和实验结果证明, 该方案能够实现大规模光子系统的稳定控制。

地声主要为频率集中在0~20 Hz的次声波, 对传感器灵敏度、精确度及频响特性具有较高要求, 合理的信号解调方法是传感器研究的关键。提出了双波长单通道正交解调算法, 根据光的干涉原理对基于非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)地声传感器进行了敏感机理的理论分析, 明确了传感器在工作时需满足在线性区域的要求, 利用Matlab软件进行仿真分析, 结果表明: 该算法避免了外界环境造成的腔长变化对输出结果的干扰, 可准确解调出原始信号, 印证了该解调方法的可行性。

为克服传统Pound-Drever-Hall（PDH）激光稳频方法的缺点，设计了正交解调PDH激光稳频系统。该系统采用同一直接数字频率合成器(DDS)同步产生三路同频正弦信号，一路作为本振信号驱动电光调制器产生激光相位调制边带，另外两路相位差为90°的信号作为解调参考信号。采用两个模拟解调器分别获得误差信号的同相分量和正交分量，对其进行数字化采集和相敏检波运算，即可获得稳频系统的误差信号。通过正交解调PDH激光稳频关键技术研究，建立了激光频率跟踪实验系统。实验结果表明，Fabry-Perot (F-P)参考腔可以实时跟踪激光频率变化的功能，跟踪时长约1 h。