针对光纤复合架空地线(OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire，OPGW)输电线监测中温度变化、杆塔倾斜同时存在等问题，设计了基于光纤光栅的波分复用多参数监测阵列。从理论模型出发推导了光栅应变与温度及倾斜的数学关系，然后将杆塔模型导入到 CMOSOLMultiphysics进行定性分析，最后进行温度及倾斜试验。试验结果表明基于光纤光栅的杆塔温度监测分辨率可达 0.1℃，倾角传感器的倾角相关系数 K值为 0.0501nm/°，证明所提出监测阵列具有良好的电力行业监测应用前景。

红外测温技术是电力行业常用的设备故障检测手段，在气体绝缘组合电器设备(Gas InsulatedSwitchgear，GIS)故障诊断中有着重要应用。为提高 GIS设备红外测温精度，建立了一个红外测温模型并提出一种 SF6透射率校正方法。首先，基于热辐射理论建立红外测温模型，并给出不同条件下的简化模型。然后，为提高温度测量精度，考虑 SF6透射率对红外模型测温模型输出结果的影响，给出不同条件下的 SF6透射率校正方法。最后，进行实际的温度测量实验，验证所建立的红外测温模型及所提 SF6透射率校正方法的有效性。实验结果表明，与未进行 SF6透射率校正的方法相比，使用所提 SF6透射率校正方法后温度测量精度得以提高，误差最高降低了 66.7%。所提方法为电网故障检测及监控打下基础，在电网故障检测、电网安全作业等方面有着广阔的应用前景。

针对DCO-OFDM 系统功率效率低以及高阶信号调制复杂度高的问题，提出一种联合子载波索引和功率叠加复用（Subcarrier Index-Power Modulated With SuperpositionMultiplexing，SIPM-SPM）的新型信息承载维度，将其应用于非对称限幅光正交频分复用（Asymmetrically Clipped Optical OFDM，ACO-OFDM）系统。该调制技术对高功率子载波采用SPM，添加两个8PSK 和QPSK 编码的复值数据，进一步增加了信号的传输容量，同时ACO-OFDM 系统避免了直流偏置带来的功率损耗。仿真结果显示：在ACO-OFDM 系统中，SIPM-SPM 相较于SIPM（8-PSK/QPSK），信号传输容量提高了28.6%；相较于相同信号传输容量的SIPM（32-PSK/QPSK），在误码率为1.0 × 10-3 时，信噪比增益>2.8 dB，色散容忍度提高了>560 ps/nm，光发射功率动态范围提高了>6.7 dB。这表明将SIPM-SPM 调制应用于ACO-OFDM 系统，具有较好的抗噪声性能和较高色散容忍度，也降低了对发射光功率的需求。

为研究光学器件对全光纤电流互感器温度稳定性的影响, 分析了起偏器、直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串扰对全光纤电流互感器的精度的影响。对每种光学器件, 在其环境温度变化范围为-40～+70 ℃时, 测试了起偏器输出光消光比变化, 以及直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串音变化情况; 也测试了对应的全光纤电流互感器的精度变化情况。测试结果表明, 直波导相位调制器、延时光纤线因环境温度变化引起的偏振串扰会引起全光纤电流互感器的精度变化, 其中直波导相位调制器是决定全光纤电流互感器的温度稳定性的关键器件。

智能电网应用需要及时可靠的数据通信系统, 但是传统的光纤无线传感器网络(Fi-WSN)系统可能无法满足其短延迟要求。因此, 基于服务质量(QoS)机制提出了一种适用于无源光网络(PON)电网的数字智能化通信机制(XWMOC)。首先, 通过无线通信网络与光网络单元(ONU)合作, 减少延迟的同时避免外部设备的干扰影响; 其次, 在无线传感器网络中通过应用层和介质访问控制层(MAC)之间的跨层交互, 减少数据包延迟。最后, 通过两个优先级队列向光编码ONU引入服务差异化, 实现最终通信速率及可靠性提升。基于上述方法, 结合国网重庆市相关地区用户数据, 采用IEEE802.15.4标准进行远距离保护和同步器的研究实验。实验结果表明, 提出的机制可以实现电网数字智能化通信, 减少Fi-WSN系统和长距离无源光网络(LR PON)中的端到端延迟, 同时, 为智能电网应用提供了更加高效、可靠的数据通信系统。

基于光纤光栅的OPGW异常监测得到了广泛研究, 但异常检测数据在分类识别判断是否为正常信号和虚假信号上存在较大困难, 针对上述问题, 研究了基于改进型的网格搜索法进行随机森林分类。首先在理论上构建分类识别模型, 通过粒子群算法迭代寻找最优分类解; 然后将监测数据分为多帧训练集、测试集和验证集, 分别实现传统随机森林算法、网格搜索随机森林算法和改进型网格搜索随机森林算法对异常振动分类识别; 最后利用异常信号识别准确率和精确度具体量化三种算法对比结果。实际分类计算结果表明, 所研究的改进型网格搜索随机森林算法在测试集异常信号识别准确率可达98.56%, 验证集异常信号识别准确率可达99.56%, 证明了方法的有效性, 对OPGW光缆异常振动分类识别具有实际意义。

针对DCO-OFDM(DC-Biased Optical OFDM)系统能量效率低以及高阶信号调制复杂度高的问题, 提出一种基于子载波索引功率调制(Subcarrier Index-Power Modulated, SIPM)的分层非对称限幅OOFDM(Layered Asymmetrically Clipped Optical OFDM, LACO-OFDM)技术。该技术对高低功率子载波分别采用8-PSK和QPSK低阶星座映射格式, 同时结合LACO技术, 有效避免了直流偏置带来的OFDM系统能量损耗, 增加了信号的传输容量。仿真结果表明：SIPM-LACO-OFDM技术可以在不降低频谱效率的前提下, 提高系统能量效率, 具有更好的误码率性能和非线性容忍度。在25 km SSMF IMDD PON信道下, SIPM-LACO-OFDM系统相较于传统SIPM-OOFDM系统, 在接收光功率上有1.8 dB左右的优势, 为下一代光接入网提供了一种有效的可行性方案。

海洋温度监测对于研究和保护海洋生态环境具有重要价值, 在防止海洋自然灾害的发生方面有着极重要的实际意义。传统的电传感器远距离供电难, 且难以满足大规模传感网络的复用需求。基于弱光纤光栅阵列的干涉式传感系统平台, 提出了运用相位生成载波(Phase Generated Carrier, PGC)算法解调温度信号的干涉式高精度温度传感方法。在26.00~30.00 ℃的范围内连续升温测量, 温度相位灵敏度为1 132.6 rad/℃, 皮尔逊平方相关系数R2为0.999 3, 理论上温度灵敏度可以达到0.000 1 ℃。结果表明, 将常规用来解调动态信号的方法应用到温度这种准静态信号的解调中, 能实现高灵敏度探测, 在海洋温度监测应用中有较好的应用潜力。

半导体单光子雪崩二极管可实现微弱信号的探测, 在量子通讯、激光雷达和大气探测等领域具有重要应用。虽然半导体单光子雪崩二极管的性能主要取决于探测芯片设计、流片工艺和外围匹配电路的设计, 但后续的封装技术对其探测性能也有重要的影响。聚焦多年来半导体单光子雪崩二极管的封装发展, 简要介绍了相应封装形式和技术, 以及封装对于雪崩二极管性能的影响, 最后对半导体单光子雪崩二极管的封装发展前景做出了展望。

不经过光电转换的全光相位调制是实现无电中继的相干通信的关键技术之一。半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)由于具有非线性系数高、体积小等优点成为全光相位调制系统的关键器件。但因SOA中交叉相位调制与交叉增益调制同时存在, 使目前基于SOA的相位调制信号不可避免地产生功率起伏, 影响了信号质量。为此, 提出了一种利用差动平衡信号控制级联SOA的全光相位调制方案, 分析了方案原理, 并实验实现了全光相位调制, 消除了相位调制过程中因SOA交叉增益调制效应产生的波形起伏, 完成了原理验证。该调制方案对实现高阶编码格式的全光波长变换, 提升网络的灵活性和扩展性具有重要意义。