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。

非偏振分光棱镜在干涉仪中引入的非线性误差将对仪器的测量精度产生不可忽视的影响，所以测量非偏振分光棱镜所引入的相移特性并探究其补偿方法是非常有意义的。基于琼斯矩阵描述偏振态的方法，设计、搭建了非偏振分光棱镜透射及反射相移的测量系统，并对反射相移进行了有效补偿，此外，还对相移的温度特性进行了实验探究。系统采用双光电探测器平衡探测的方法可以消除光源功率抖动的影响，具有探测精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。研究结果表明：非偏振分光棱镜的反射相移明显大于透射相移，将2个反射相移接近的非偏振分光棱镜进行组合后整体相移明显降低。此外，随着温度的变化，相移也会发生变化，相移的温度特性曲线中存在相移量最小的拐点，该方法有助于寻找非偏振分光棱镜的最佳工作温度。

因磁光开关的开关速度快、可靠性高、串扰小等特点，提出一种基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达。分析了基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达的成像原理，实验测试影响激光雷达性能的磁光开关相关性能参数，包括延迟时间、开关上升沿时间、插入损耗、回波损耗。随后，基于1×8光纤磁光开关搭建了时分复用全固态激光雷达实验系统，通过磁光开关将光路切换到二维光束阵列不同位置的光纤通道中，基于飞行时间（ToF）测距技术实现了激光雷达的快速三维成像。最终，通过对空间目标构建三维点云图，验证了该雷达系统的全固态三维成像能力，实现了510.3 Hz的扫描频率和0.36°的角度分辨率，并通过微平移台可将角度分辨率提高到0.18°。与micro-electro-mechanical system（MEMS）和光学相控阵的光束成像技术相比，所设计的技术方案具有成本低、能量利用率高和光束质量高等优点。

光纤磁场传感器具有抗干扰能力强、小型化、低成本等技术优势。为了实现对空间磁场矢量的测量，基于磁光晶体提出了一种光纤三维磁场传感器。然后，设计和构建了光纤三维磁场传感器传感探头，搭建了光纤三维磁场测量系统。分析基于磁光晶体光纤三维磁场传感器的非正交误差，通过对基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器三个传感单元两两夹角的准确测量，对系统三轴非正交误差进行标定补偿。实验测试装置利用一对通电线圈构建一维磁场对光纤三维磁场传感器系统进行三维正交标定，三轴标定精度分别为0.19°、0.26°和0.22°。实验结果表明，该基于磁光晶体光纤三维磁场传感器可实现0.2 μT磁场强度分辨率和0.5°角度分辨率的磁场矢量测量。

非偏振分光棱镜（NPBS）的偏振相关性会对外差干涉仪、偏振干涉仪和激光干涉仪等干涉系统的非线性误差、偏振误差和测量精度等带来不可忽视的影响。首先对NPBS偏振敏感度的4个特征参数的测量原理进行介绍，接着基于NPBS偏振敏感度测量系统进行一系列实验并对实验结果进行分析。NPBS的s光与p光分量的透射比和反射比基于圆偏振光入射并同步测量透/反射光中s、p偏振方向的强度来实现，以抑制光源抖动及光电探测器响应不一致性对测量结果的影响。在相位偏振敏感度测量方面，基于偏振测量系统对透/反射光的斯托克斯分量S₂、S₃进行测量，获得NPBS的s光与p光的透/反射相位差。3个NPBS样品的重复性测试实验结果表明：上述非偏振分光棱镜的偏振敏感度测量方法对NPBS透射比和反射比的测量精度（最大偏差与测量平均值之比）为-0.08%~+0.08%，重复性优于0.1%，对NPBS透射相位差和反射相位差的测量精度为-0.84%~+0.84%，测量重复性优于1%。对NPBS样品在不同入射波长和入射角度下的偏振敏感度进行了测量，结果显示：在1540~1560 nm范围内，被测NPBS样品的透/反射比变化小于0.02，s光与p光的透/反射相位差随着波长增加而减小；随着入射角度从-5°增大到+5°，s光与p光之间的透/反射相位差减小。NPBS反射相位差的变化大于透射相位差的变化，对波长和入射角度的变化更敏感。

糖尿病是影响人类健康的重大疾病之一，患者需要长期监测并控制自身血糖浓度以防止并发症的发生。相比于传统的有创检测方法，光学无创血糖检测能够极大地减轻病人的采血痛苦，通过增加测量次数来精确控制血糖。基于光学相干层析成像(OCT)的无创血糖检测是近些年来极具发展潜力的技术之一，但目前存在的问题是被测试者在仪器图像采集过程中，自身不自觉的轻微抖动会造成被采集皮肤区域的三维图像在空间范围内前后不一致，从而影响无创血糖测量的准确度。针对这一问题，提出了一种基于OCT无创血糖检测的皮肤三维图像校正补偿方法。经此方法处理后的人体临床实验数据表明，无创血糖预测值的准确度提升了36.57%。该研究对光学无创血糖检测具有重要的参考价值。同时该方法也适用于其他需要进行精确定量计算的光学成像应用。

心血管疾病是一种严重威胁人类健康的常见病。目前常用手段之一是以昆虫为模式生物，利用RNAi等技术抑制特定基因表达，通过表型检测或监测其心脏功能参数等来开展此类疾病致病机理的研究。光学相干层析技术(Optical Coherence Tomography，OCT)因其无创、实时、高分辨率等特点，被成功应用于昆虫等模式生物的心脏功能检测方面。但目前的检测计算方法仍存在效率低、对图像质量要求高、参数测量不准确等问题，尤其不适用于生物实验中大样本量的检测分析。提出一种基于OCT的昆虫心脏功能参数高速自动检测定量分析计算方法。该算法结合OCT心脏M-Mode图，采用人机交互的模式确定种子点所在的位置，通过自动分割图像、划分目标区域等一系列处理，可以快速准确地测量心脏舒张末期直径(EDD)、收缩末期直径(ESD)、舒张末期面积(EDA)、收缩末期面积(ESA)及心率(HR)等心脏功能参数。该方法有助于提升高通量生物样本检测中致病基因的筛查和分析效率，对以昆虫为模式生物的心血管疾病研究具有重要的价值。

研究了一种可实现开环光纤陀螺大动态范围测量的正交解调算法。对干涉信号每周期间隔π/6进行直接采样，得到12个离散点进行相位解调，并利用条纹计数方法实现了开环光纤陀螺的大动态范围测量。详细分析了开环光纤陀螺系统相位调制器驱动信号、干涉信号采样相位误差与正交解调算法解调误差之间的关系。利用抽取的12个采样点构建调制深度误差E_M和调制初始相位误差E_W评价参数，并对正弦调制信号参数进行反馈控制，保证解调精度。结果表明，为使开环光纤陀螺的相位解调误差在±10^-6 rad（标度因数为1.134 s，陀螺输出角速度误差为±0.18（°）/h）内，正弦调制信号的调制频率f_e误差需小于±0.072%（97.31 kHz），电压峰峰值V_π误差需小于±0.1%（3.654 V），调制初始相位误差需小于±16.226 mV，调制深度误差需小于±12.483 mV，数字采样相位误差需小于5.625×10^-4 rad。

为研究傅里叶域锁模光电振荡器(FDML OEO)的锁模匹配精度,首先通过分析 FDML OEO在滤波器调谐周期与环路延迟时间整倍数存在误差时的起振过程,研究建立 FDML OEO开环增益、可调滤波器半波带宽、扫频输出带宽与傅里叶域锁模匹配精度之间的关系;随后选取 FDML OEO的输出线性扫频信号延时自外差拍频信号的相位噪声作为振荡器输出信号质量的评价参数。通过实验验证 FDML OEO中可调谐滤波器半波带宽、系统开环增益与傅里叶域锁模匹配精度之间的关系;实验分析了傅里叶域匹配精度对 FDML OEO输出射频信号带宽的影响。实验结果与理论相一致,结果表明:可调谐滤波器的半波带宽越大,开环增益越大,傅里叶域锁模的匹配精度要求越低;傅里叶域锁模输出频率范围越大,对傅里叶域锁模的匹配精度要求越高;失谐情况越严重,FDML OEO可实现的最大扫频范围将越小。该研究结果为宽带、低相噪 FDML OEO的发展提供了重要的技术理论参考。

为了使基于偏振调制原理的光纤电流传感器(FOCS)的温度误差达到工程应用要求，从理论上分析了FOCS的温度误差特性，分别采用最小二乘法、BP神经网络对FOCS进行温度补偿，实现了传感器的非线性温度误差校正，两种温度补偿算法的实验结果进行对比分析。结果表明，基于神经网络算法的温度补偿结果优于最小二乘法的补偿效果。最后，利用FOCS全温实验对其进行重复性实验验证，经神经网络算法校正后，FOCS在-5 ℃~ +50 ℃范围内的温度误差均小于0.5%。