本文利用掺Yb 光纤的非线性偏振旋转效应搭建了光纤环形腔激光器, 通过改变增益光纤的长度和耦合器输入输出的比例, 对其进行优化, 获得了稳定的自启动锁模脉冲, 并以此作为种子源, 采用主振荡功率放大MOPA全光纤结构, 以双包层掺Yb 光纤为增益介质实现了对种子源信号光的放大, 获得了平均功率2.042 W、中心波长1 063.8 nm、重复频率41.3 MHz、脉冲宽度45 ps、单脉冲能量49.4 nJ、峰值功率1.1 kW 的锁模脉冲激光, 光光转换效率为40.8%, 为实现更高功率的全光纤结构的脉冲激光系统提供了条件。

标度因数非线性反应了光纤陀螺在动态范围内输出的偏差度。在开环光纤陀螺中, 由于相位调制存在非线性会影响标度因数的线性性。加之前放带宽有限, 会使标度因数非线性现象进一步恶化。本文理论分析了, 由于滤波器对各次谐波增益不一致, 造成标度因数线性度恶化的各种因素。实验结果表明, 要使标度因数非线性度小于500 ppm, 如前放采用一阶RC 低通滤波器, 前放带宽需大于调制信号基频的20 倍。

本文提出增加一根光纤光栅与光电缆绕制在一起，用于监测电缆中的实时温度。采用有限元分析方法，建立了光电缆温度场模型。使用可调谐脉冲激光为光源，在一根光纤上刻制多个相同中心波长的布拉格光栅，即采用全同光栅作为系统的温度传感器，当光电缆线路中温度发生异常时，反射回来的光栅中心波长发生偏移，通过检测反射光中心波长发生的偏移量可以确定光栅温度变化的大小。不同位置的光栅返回光信号所需的时间不同，通过检测和计算光返回的不同时间，可以计算出发生温度变化的光栅位置。实验结果表明，光栅的温度敏感性可以达到11.4 pm/℃，光栅的测量温度与实际温度的误差在3%范围内。

对于涂覆长周期光纤光栅(LPG)传感元件，涂覆层折射率大于包层折射率时将具有很高的灵敏度。然而在涂覆层厚度为纳米量级时，涂覆层的折射率将具有一定的吸收，吸收将对LPG 传感元件产生一定的影响。本文在线偏振(LP)模近似理论和耦合模理论(CMT)的理论模型基础上，通过数值计算对这一情况进行研究讨论。详细分析了模式转变点附近和远离模式转变点区域涂覆LPG 的模式结构和透射谱情况。在无吸收的理想模型基础上，详细分析了消光系数对模式转变和重新组合的影响，以及模式结构的转变对LPG 透射谱的影响，得出吸收将会导致LPG 灵敏度、可测量的动态范围的变化。最后，文章给出了一种新型的LPG 吸收传感元件的模型。

为改善常规马赫-曾德尔干涉仪型波长交错滤波器的输出特性，提出了一种将光纤环型腔加入非平衡马赫-曾德尔干涉仪的干涉臂中构成的新型波长交错滤波器，运用光纤传输理论和矩阵理论，得到该器件的输出表达式。通过数值模拟分析了光纤环型腔的耦合比和光纤臂长差对该波长交错滤波器性能的影响。结果表明：组成滤波器干涉臂的两对臂长差相等时，光纤环型腔的耦合比取一些定值可得到平坦的输出光谱，该器件在3 dB 处，奇信道带宽大于15 GHz 用于10 Gb/s 的传输，偶信道带宽大于60 GHz 用于40 Gb/s 的传输。这种滤波器在10 Gb/s 向10Gb/s+40 Gb/s 升级过程中作为复用-解复用器具有很大优势。

针对光纤法布里-珀罗可调滤波器的驱动电压与其透射波长呈非线性关系，本文提出了基于BP 神经网络的校正方法。该方法使用驱动电压做为神经网络的输入，输出得到经校正的透射波长，并用线性拟合和二次曲线拟合的校正方法与之对比。在一组驱动电压下，三种方法得到的透射波长与光纤传感分析仪Si720 读出的标准值相比，使用BP 神经网络校正得到的透射波长平均误差为0.11 nm，最大误差为0.19 nm，比其他两种方法的平均误差分别降低了80.6%和19.7%，最大误差分别降低了83.8%和26.6%。

为了在光纤陀螺等关键器件中使用超细径保偏光纤取代常用的普通直径保偏光纤，需要对其偏振轴的确定方法进行改进和优化。首先，使用光线追迹法对图像侧面成像对轴法在几种条件下的理论图像进行计算机仿真，并对仿真结果较好的两种情形进行实验验证；然后，对实验数据曲线进行傅里叶展开以抑制随机干扰，将结果较好的三亮纹方法改进为三亮纹四点特征法，并对该方法进行实验验证；最后，测定使用三亮纹四点特征法得到的重复精度。实验结果表明，该方法大大提高了超细径保偏光纤偏振轴定轴过程中的抗干扰能力，重复精度达到1.6°，达到了普通直径保偏光纤的偏振轴定轴精度，满足实际应用要求。

研究了铒离子掺杂浓度对掺铒光纤光源的泵浦效率和波长稳定性的影响。在设计好的单程后向光源中采用5 种不同类型的光纤分别进行了实验，通过比较采用不同光纤时掺铒光纤光源的输出特性发现掺铒光纤光源的泵浦效率随铒离子浓度增大而先增大；铒离子浓度过高时存在群聚效应，光源泵浦效率反而下降，群聚效应使泵浦效率下降了20%。泵浦阈值则随着铒离子浓度的增加从18.3 mW 增加到了32.4 mW。通过试验发现光纤优化长度依比例决定于掺铒光纤中的铒离子浓度，而泵浦波长与光源波长的关系却不受铒离子浓度影响。比较采用不同铒离子浓度光纤的光源的小范围温度特性，较低浓度的光纤温度稳定性好于高浓度的温度稳定性将近100 ppm。通过实验确定掺铒光纤中最适宜的铒离子浓度在110 mol 左右。

在光纤水听器时分复用系统中，需要设计高增益，大带宽的信号检测电路。为了减小系统的噪声同时抑制通道间串扰，必须选择合适的电路带宽。本文分析了待检测信号带宽与脉冲形状的关系，以及电路串扰率与电路带宽、脉冲宽度、通道间延时的关系，给出了电路串扰率的解析表达式，得到了电路串扰带来的解调信号误差的表达式，分析表明电路串扰导致的解调信号误差的幅度与电路串扰率成正比，与前一通道施加的声信号的幅度的贝塞尔函数成正比，最后给出了与理论分析相符的实验结果。

利用多极法结合耦合模理论对一种基于结构性改变的光子晶体光纤光栅进行了研究，建立了其结构模型，理论分析了此种成栅工艺原理。计算了七层三角形对称排布空气孔包层有效折射率随波长变化情况，比较了不同光子晶体光纤结构成栅效果的差异。研究结果表明，光子晶体光纤包层中空气孔周期性塌缩可以形成光栅，空气孔排布层数、空气孔占空比、空气孔塌缩层数和塌缩程度等参数对光子晶体光纤光栅的传输特性有重要影响，得出了谐振波长和谐振带宽与上述参数之间的变化关系，并给出这种变化关系的解释。