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。

在自由光空间通信领域，使用不同束腰半径组合的涡旋叠加光束可以在同一信道开销下传递更多信息。受大气湍流影响涡旋光束会发生相位扰动，进而影响其轨道角动量（OAM）模态识别。现有模型无法准确识别受随机大气湍流影响而发生扰动的OAM叠加光束模态。因此，提出一种基于注意力机制的深度学习识别方法。将注意力机制模块嵌入到VGG-16中，以提升模型对不同状态叠加光束模态的感知性能。另外为模拟湍流的真实状态，利用功率谱反演法模拟大气湍流，并使用次谐波补偿随机湍流屏的低频信息。同时，建立受到随机湍流影响发生相位扰动的OAM叠加光束数据集，利用该数据集训练所提模型。实验结果表明，在未知大气湍流强度条件下，对比传统方法，所提方法对OAM的识别准确率最高提升了4.46%。这表明了该模型对识别OAM叠加光束的有效性，以及良好的鲁棒性和较好的泛化能力，为识别OAM模态提供一种新的方法。

为了解决急剧提升的通信系统容量需求与长距离传输等问题，通过实验验证了超大容量的少模光纤传输。在超大容量需求的背景下，同时使用波分复用、模分复用、偏振复用三种复用技术进行信号传输，凭借自研的低损耗六模渐变型光纤（各模式衰减约为0.2 dB/km），实现了覆盖C波段共80个通道，每个通道双模双偏振信号的1000 km传输。考虑到超长距离传输带来的色散和双模双偏振带来的串扰，在进行接收端离线数字信号处理（DSP）时首先使用频域色散补偿算法进行色散补偿，并在下采样和时钟恢复后联合利用多输入多输出-频域最小均方算法（MIMO-FDLMS）和多输入多输出-时域最小均方算法（MIMO-TDLMS）进行信道均衡和色散补偿。在28%冗余的低密度奇偶校验（LDPC）信道编码软判决前向纠错（SD-FEC）阈值5.2×10^-2条件下，实现了总的线传输速率40.96 Tbit/s，净速率高达32 Tbit/s。

基于COMSOL平台，设计一种沟槽辅助下双层阶跃折射率结构的四模掺铒光纤。通过对铒离子能级结构、稳态方程和速率方程的理论研究，利用Matlab软件搭建少模光纤放大器系统。利用模拟退火算法实现三层掺杂区域下的铒离子浓度的优化，以确保所设计的四模掺铒光纤放大器的增益特性。仿真结果表明：在纤芯泵浦方式下利用波长为1480 nm的泵浦光对1550 nm的四模式信号进行放大，得到的各模式信号平均增益为26.07 dB，模间增益差（DMG）为0.106 dB；对所设计光纤进行折射率容差分析，得到的平均增益为26.08 dB，DMG为0.34 dB。结果证明了所设计的少模光纤放大器的稳定特性，其具有广泛的发展前景和应用潜力。

近年来，L波段扩展掺铒光纤放大器（EDFA）由于能覆盖更宽的波长范围而备受关注，但其增益水平普遍较低。本文采用1480 nm激光泵浦Er/Yb/P共掺光纤，结合双程放大和预放大技术，研制了高增益的L波段扩展EDFA。实验装置在1556~1621 nm 的65 nm范围内获得高于20 dB的增益，最大增益达48.8 dB（1566 nm），30 dB增益带宽达58 nm（1558~1616 nm），噪声系数在1580~1610 nm范围内低于5.8 dB。该研究工作有效提高了L波段扩展EDFA的增益水平，并将噪声系数控制在较低的范围，可有效提升常规光纤通信系统的传输带宽和容量。

针对载波外调制过程中引入的调制深度偏移以及载波相位延迟等因素对光纤地震计解调结果的影响，提出一种多级正交信号融合计算方法，综合考虑三级倍频载波以及三级贝塞尔函数对解调效果的影响，并在此基础上计算载波相位延迟θ和相位调制深度C，实现对解调结果的误差补偿。实验结果表明：多级正交信号融合计算方法改善了表征解调结果非线性失真程度的总谐波失真，解调结果改善后总谐波失真达到-90 dB，同时解调结果信纳比达到84 dB，综合二者可看出所提算法对相位延迟θ和调制深度C具有强鲁棒性；所提算法解调结果可达到0.88μrad/Hz的本底噪声水平；所提算法解调结果相位延迟稳定在0°左右，与其他算法的结果相比，所提多级正交信号融合计算方法对于信号解调具有更好的实时性。

本文提出并研究了一种基于干涉增强型混合光波导（IE-HOW）的高灵敏折射率传感器。IE-HOW包括微纳U型光波导与微瓶腔，通过光纤熔融拉锥以及电弧放电方法制备并级联而成。基于强倏逝场效应，实现了对折射率的高灵敏传感测试。实验结果表明，当微纳U型光纤锥区直径为4.88 μm时，IE-HOW的折射率灵敏度相比于普通单个无干涉增强微纳U型光波导提高了3倍，高达8813.26 nm/RIU（灵敏度单位），线性度R²>0.9。该传感器具有灵敏度高、损耗低、结构紧凑、稳定性好等优点，在环境监测、生化检测、临床诊断等领域有着广阔的应用前景。

为了解决射频（RF）通信中存在的同信道干扰问题，利用多用户的同时传输产生分集增益，并考虑自由空间光（FSO）通信无法完成视距传输的问题，在FSO链路中引入可重构智能表面（RIS）技术，提出一种同信道干扰下RIS辅助多用户分集（MUD）-RF/FSO混构系统方案。其中，具有多用户分集的RF链路服从独立同分布的Rayleigh分布，光学RIS辅助的FSO链路服从Gamma-Gamma分布，在电光转换中继节点处采用译码转发协议。基于系统端到端瞬时信噪比的概率密度函数及其累计分布函数，推导了系统中断概率和平均误码率的闭合表达式。仿真结果表明，RIS可以显著提升MUD-RF/FSO混构系统的性能。此外，用户数量的增加可以为系统带来分集增益，从而抑制同信道干扰所带来的不良影响。

传统基于频域-时域变换的微波光子解调技术应用于光纤布拉格光栅（FBG）传感网络时，为精确解调每一个FBG峰值，须确保对应时域响应信号不发生叠加，这对传感网络中FBG的空间间隔和波长间隔提出了严格要求，限制了微波光子解调技术的应用范围。针对存在的问题，将一种有效的元启发式算法，即算术优化算法（AOA），引入到基于频域-时域变换的微波光子解调技术中，实现了在时域信号叠加下对FBG的精确解调。实验构建了包含6个FBG的传感网络，通过对某一FBG施加轴向应变，验证了在时域信号部分叠加和完全叠加下AOA对FBG峰值解调的可行性。此外，与其他6种元启发式算法进行对比分析，验证了AOA在解调精度、解调速度与收敛效率等方面的性能优势。AOA提升了微波光子解调技术面向密集光纤布拉格光栅传感网络的解调能力。

研究了一种基于非平坦光频梳的多频率瞬时信号检测方案。该方案采用待测多频信号与锯齿波共同调制，在加载电信号的同时实现非平坦光频梳的生成，并最终利用拍频后成对电信号的功率比值实现对微波频率的标定。通过将待测信号调制与光频梳生成合并的方式可避免多条支路检测的不平衡变化，系统测频范围可通过改变锯齿波频率调节。仿真实现了在0.3~40 GHz的频率范围内，测量误差小于40 MHz的微波信号多频测量。此外，分析了待测射频功率和调制器偏置漂移的影响，结果显示，该系统可辨识待测信号的最小功率为-10 dBm，而且对调制器偏置漂移不敏感。