空芯微结构光纤按照导光原理不同可分为空芯光子带隙光纤和空芯反谐振光纤。在这两种光纤中，空气孔内壁粗糙度导致的散射损耗是其损耗来源之一。在空芯光子带隙光纤中，散射损耗是其损耗的主要原因；在空芯反谐振光纤中，在短波长时散射损耗也是其损耗的重要原因之一。为了降低空芯微结构光纤的散射损耗，需要针对空气孔内壁粗糙度展开深入研究。为此，本文介绍了空芯微结构光纤空气孔内壁粗糙度相关理论、测试技术和抑制方法的研究进展，对相关理论和实验结果进行了总结，对将来需要重点研究的方向提出了建议。

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。

由于自激振荡的限制，单级超荧光光纤光源的功率提升十分困难，目前仅达到百瓦量级。基于主振荡功率放大（MOPA）方案，使用1018 nm光纤激光级联泵浦1080 nm波段的超荧光，实现了6.2 kW高功率输出。最高功率下的光光转换效率为81.5%，没有出现横模不稳定（TMI），功率提升受限于受激拉曼散射（SRS）。

提出一种新型光纤布拉格光栅（FBG）传感网络系统，根据监测区域的优先级灵活配置传感器数目，从而提高带宽的利用效率，增加重点区域的传感器数量。由于各通道的光谱重叠程度存在差异性，实现重叠光谱的快速分类和精准解调尤为重要。基于连续小波变换 （CWT）-粒子群优化（PSO）算法实现了FBG传感网络的重叠光谱分类及解调。首先利用CWT分割光谱信号，根据重叠光谱的特征完成重叠光谱分类；然后使用PSO解调多个FBG重叠的光谱。仿真结果表明，所提方法有效降低了解调时间，且解调误差最大不超过10 pm。该研究工作为实现大容量FBG传感网络重叠光谱的快速精准解调提供了新思路。

提出一种相位自校准的光纤微波频率相位传递方案。该方案使用声表面波滤波器的冲激响应的窄带信号作为时间信号，使其与频率信号可同时使用同一波长进行传输。为实现稳定的可重复相位差，利用时间信号的往返传输时延来确定频率信号的整数个周期，并在多次重启的情况下验证了系统相位的稳定性。在60 km实验室平台上对所提方案进行验证，频率传递的稳定度优于4×10-14@1s，5×10-17@10000s。系统多次重启的情况下，所获得的平均相位差最大不一致的峰峰值为0.008 rad，对应于整个周期的0.15%，可保证较高的相位一致性。

提出一种飞轮型耦合振膜光纤法布里-珀罗（F-P）声矢量传感器。该传感器通过两个飞轮结构振膜的相邻辐条自然耦合，形成面内膜间桥耦合结构。仿真结果表明，基于振膜耦合增益原理的飞轮型光纤声矢量传感器振膜具有摇摆和弯曲两种振动模态，可实现数千赫兹宽频率范围的相位差放大，从而提高传感器定向精度。两个飞轮型振膜与光纤端面构成两个独立的F-P微腔传感单元，通过光学干涉信号强度提取得到振膜的振动信号。对所制备的传感器在5~7.4 kHz频率范围内进行二维平面声源定向实验，实验结果与仿真结果符合良好，该传感器在5~7.4 kHz的宽频率范围内具有相位差放大效果，在7.2 kHz处取得最大相位差增益5.05。

提出一种具有同心圆形应力区的熊猫型保偏少模光纤结构，该结构可以稳定支持10个传输模式。通过引入低折射率应力区，高阶模式之间的有效折射率差提升了近一个数量级，相邻模式之间的最小有效折射率差在1550 nm处达到2×10^-4，在C波段不低于1.8×10^-4。模式色散不高于|-55.0219| ps/（nm·km），最大弯曲损耗在10^-7 dB/m量级（弯曲半径≥9.5 cm）。该研究成果为短距离大容量的光纤设计提供了思路。

提出了一种少模光纤迈克尔孙干涉仪（MI）级联法布里-珀罗干涉仪（FPI）的游标增敏折射率传感器。少模光纤MI用作参考干涉仪，开放腔FPI作为传感干涉仪，解决了传统双FPI传感器的参考干涉仪制备复杂、可控性差的问题。仿真研究了单模-少模光纤错位量对少模光纤模式激发效率的影响，以及少模光纤长度对增敏倍数的影响。基于仿真优化参数制备了少模光纤MI-FPI传感器，并测试了其折射率响应特性，分析了增敏极限及限制因素。该传感器在1.3384~1.3412的折射率范围内的折射率灵敏度达到12466.956 nm/RIU（灵敏度单位），相对于无MI级联的单个FPI传感器提升了12.29倍，放大倍数可基于少模光纤长度灵活控制。该方法使传感器的增敏效果显著、增敏倍数可控、制备方法简单且光谱稳定性好，在折射率传感领域具有潜在的应用价值。

针对脉冲光布里渊散射谱在用传统的洛伦兹曲线拟合时存在较大拟合误差的问题，通过理论分析推导出了脉冲光的光纤布里渊散射谱函数表达式。采用布里渊光时域反射（BOTDR）系统对一段3000 m长光纤的布里渊散射谱进行测量，对测得的不同脉冲宽度下的光纤布里渊散射谱分别采用洛伦兹函数和本文推导的函数进行拟合。结果表明：随着入射脉冲光的脉冲宽度变窄，采用推导的光纤布里渊散射谱函数能够有效提高BOTDR系统布里渊散射谱的拟合精度。

利用飞秒激光相位掩模加工方法制造光纤布拉格光栅（FBG），并研究了激光能量和曝光时间对FBG波长、反射率和带宽的影响规律。研究发现，随着曝光时间的增加，光纤的折射率调制量逐渐变大，耦合效率增大，反射率逐渐变大。当光纤耦合效率达到饱和时，反射率保持不变；当过曝光时，反射率轻微减小，光纤的平均有效折射率和折射率调制深度均变大，带宽增大。随着激光能量的增大，达到最大反射率所需要的曝光时间缩短，且FBG波长的红移量越多，带宽就越大。过大的激光能量会使平均有效折射率和折射率调制深度变大，从而导致FBG主谐振峰两边的旁瓣增多，影响光谱质量。另外，短波方向旁瓣的振荡比较显著，而长波方向则比较平顺。因此，在实际加工中需要选择合适的激光曝光能量和曝光时间。实验获得的最大FBG反射强度达到15 dB，且其光谱变化和理论分析一致。该研究为高质量FBG的制造和光谱特性优化提供了实验依据。