我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首，分布式光纤传感技术（DOFS）作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术，近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战，在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史、现状以及典型应用原理和方案等的基础上，对其工作新机理、系统设计方案、研究发展方向等进行了阐述和讨论。

为满足车载激光雷达接收光学系统在复杂环境实际应用中的温度适应性要求，本文基于一种将长焦镜头与线阵探测器相结合，通过局部图像级成像显著提高激光雷达系统探测分辨率的方案，设计了一款轻小型无热化的四片式全玻璃长焦镜头，研究了其在不同温度下的像面漂移。分析结果表明，所设计的长焦镜头在整个-40~100 ℃的温度范围内焦移量为0.021 mm，小于焦深0.074 mm，在30 lp/mm处各视场调制传递函数（MTF）均大于0.5，全视场内光斑半径在7 μm以下，水平及垂直角分辨率为0.045°（H）×0.045°（V）。此长焦接收光学系统结构简单、成像质量高、环境适应性强，在车载激光雷达领域具有良好的应用前景。

光镊技术利用光和物质之间动量交换产生的光力对细小颗粒进行操控，具有无接触、操控尺寸小、精度高等特点，在基础物理、量子计算、生物医学等领域得到了广泛的应用。其中，横向光力（也称光横向力，OLF）是一种垂直于光的传播方向且与场强度梯度无关的特殊光力。近十年来，OLF的理论研究和实验探索成为了热点课题，在手性颗粒等超精密分选、光动量探测等方面有重要应用。从OLF的原理和产生条件、不同物理机制，以及在生物医学和物理化学等领域的应用等方面出发，对OLF的发展进行回顾和讨论，并对新的产生机制和更多的潜在应用与挑战进行展望。

以斜程能见度精确探测为目标，综述了激光遥感在斜程能见度测量中的主要技术及其研究进展，分析了现有探测技术在斜程能见度测量中的不足与局限性，重点介绍了一种新型的激光雷达结合辐射传输模式的斜程能见度测量方法，剖析了基于拉曼-米散射激光雷达的气溶胶精细探测技术、基于辐射传输模式的大气散射辐射亮度解析方法以及大气散射辐射亮度校正的斜程能见度测量技术与应用案例，突破了当前白天斜程能见度测不准的技术瓶颈。最后，展望了激光遥感技术在全球斜程能见度测量中的应用潜力。

拉曼分布式光纤温度传感（RDTS）系统因其长期稳定性成为最早商业化的光纤传感产品之一，尤其在油气勘探传感的巨大市场中占据半壁江山。数十年来其技术发展日新月异，本文简述了RDTS的基本原理，着重分析了近年来领域内优化和提升RDTS的方法，分别从系统结构、部件优化、解调方式和智能信号处理等方面系统性地总结了最新研究进展，并通过走访调研了RDTS的全球市场概况及其在各工程领域的典型应用，旨在为分布式温度传感技术的同仁提供有益的参考。

随着应变、温度、振动等分布式光纤传感技术的不断深入发展和产品化程度的不断推进，人们越发意识到分布式横向压力光纤传感的重要性，尤其是准分布式光纤光栅等压力传感器在某些重要应用领域的不足越发凸显，对分布式横向压力光纤传感的研究更加迫在眉睫。与其他参量的分布式光纤传感技术相比，分布式横向压力光纤传感基础技术不足、存在机理瓶颈，参量转换的间接测量方法存在复杂度高、准确性差、难以实用化等显著问题。本文在综述前人所开展的分布式压力光纤传感技术原理和存在问题的基础上，重点讨论近些年本课题组在基于偏振分析的分布式横向压力光纤传感方面率先开展的工作和取得的研究成果，主要集中在基于保偏光纤偏振串扰分析和单模光纤分布式全Mueller矩阵偏振分析的分布式横向压力光纤传感涉及的测量与解调系统、传感介质、系统性能及典型应用等方面，也对分布式横向压力光纤传感未来的发展方向与前景进行了展望。

为了在保持帧结构完整性的同时，低代价地传输管理和控制信号，提出面向高速频分复用相干无源光网络（FDM-CPON）的两种传输管理和控制信号传输机制，即数字端辅助管理和控制通道（AMCC）和数据通道的相加和相乘。通过将AMCC传输的通断键控（OOK）信号映射为数据通道信号幅值的变化，完成数据通道信号幅值再调制，成功将AMCC与数据通道相结合，实现了管理和控制信号与数据通道信号的同步传输。实验结果表明，在基于16QAM传输20 km光纤的200 Gbit/s FDM-CPON系统中，当AMCC的带宽和调制因子（MI）相同时，乘性AMCC对于信号性能的影响更小，自身传输信号的质量也更高。在AMCC的MI为26.1%、带宽为24.4 MHz时，乘性AMCC对信号灵敏度的惩罚比加性AMCC小3 dB。以上研究为未来高速相干频分复用无源光网络AMCC传输与系统设计提供重要参考。

针对水下光纤激光推进中存在的冲量耦合系数小、效果发散的问题，提出了用于提升水下光纤激光推进性能的短微腔结构。文中利用Fluent对添加微腔后水下光纤激光推进的结果进行了数值模拟，分析了矩形微腔结构的直径和长度对推进的影响，并在矩形微腔基础上提出U形微腔、双管微腔及含有阻塞结构的微腔。通过仿真得到了不同微腔对推力和冲量耦合系数的增大效果，证明了添加微腔可使水下光纤激光推进的冲量耦合系数得到10³数量级的增大，并通过对比得出4种微腔结构中，双管微腔的结构形态对激光推进的性能提升影响最大，提升效果最好。

基于热成像的气体泄漏检测技术以其检测效率高、直观可视等优点,已成为石油天然气泄漏检测的重要手段,但常规的气体泄漏热成像检测方法需要检测人员从视频图像中主观地判断泄漏气体痕迹,容易发生漏检、误检。研究了一种基于尺度不变特征变换(SIFT)和支持向量机(SVM)的泄漏气体云团热成像检测算法,采用帧间差分法从红外图像序列中筛选目标区域;分别提取泄漏气体和干扰物的SIFT特征;使用SVM对候选区域进行目标判别,提取泄漏气体云团目标。针对真实复杂场景中包含乙烯、甲烷等的气体泄漏图像和运动人员、漂动树木、野草等干扰图像,建立了1000个典型目标图像数据库,通过图像检测仿真,可得所提算法对距10~150 m处的泄漏气体云团的分类准确率可达92.5%。结果表明,采用该检测方法可自动排除其他运动物体的干扰,有效检测出泄漏气体云团。

光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场出色的调控能力，近年来已被深入应用于光学微操控技术研究，这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地，由于超构表面的尺寸在亚波长级别，具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力，这一特性为新一代光驱动的人工微机器人提供了重要的理论基础和技术支撑。本文依次从光学微操控的基本原理和超表面的相位机制出发，详细回顾了基于超构表面的多种微操控器件，包括超构表面光镊、多功能微操控系统、超构机械等，并结合微纳结构的拓扑光学性质，对拓扑光操控等新奇效应进行了探讨。最后，本文展望了超构表面微操纵技术的未来发展方向和目标。