基于多模光纤或多芯光纤的无透镜超细光纤内窥成像技术近些年获得了快速发展，有望成为下一代的极微创、高分辨率内窥显微镜。通过对相干入射光场的时空调控，该技术可克服多模光纤中模式色散或多芯光纤中相位畸变的影响，在无需光纤末端透镜或扫描器件的情况下实现高分辨率的聚焦、成像及相关应用。此外，在无透镜光纤内窥成像或图像传输等场景下，通过构建物理或深度学习模型，从光纤输出测量中也能实现物体信息重建。对相干光纤无透镜成像技术的发展进行综述，首先说明无透镜光纤成像的基础原理，并从主动波前调控和被动目标重建这两类角度阐述无透镜光纤成像方法，接着介绍一些先进光纤成像模态和技术，列举光纤成像相关应用，最后分析该领域所面临的挑战，总结并展望其进一步发展方向和应用前景。

提出了一种基于多模光纤模间色散的无时延特征混沌产生方案。在多模光纤长度为4.4 km、芯径为62.5 μm、反馈强度为0.1的条件下，实验获得了无时延特征的混沌信号。进一步理论分析了多模光纤的纤芯直径、相对偏移、长度对混沌光模场的影响，结果显示：随着纤芯直径和相对偏移的增大，模式数量逐渐增多，模场分布变复杂；随着光纤长度的增加，模式分离程度（即模间色散）增大。最终探明了多模光纤相对偏移、反馈强度、长度对时延特征的抑制规律。结果表明，在与实验相同的纤芯直径和反馈强度下，消除时延特征的多模光纤的临界长度为1 km。

高时空分辨可视化技术是脑科学研究的重要工具。荧光显微成像技术在特异性、多样性、图像对比度和时空分辨率等方面具有显著优势，但由于光在组织中的穿透深度有限，无创的荧光成像难以在活体水平获取深层脑区神经血管单元的高分辨结构和功能信息。因此，在脑科学研究中，荧光内窥显微成像技术受到越来越多研究者的青睐。得益于相关科学技术的发展，内窥镜探头在保持高性能的同时，实现了小型化并提供了更大的灵活性，可以植入活体大脑的不同深度处，开展特定深层脑区的功能调控研究。本综述介绍了基于梯度折射率透镜和单根多模光纤这两种探头的植入式荧光内窥显微成像技术及其发展和迭代进程，概述了它们在高分辨活体脑成像研究中的应用，以及在临床神经外科手术中的初步探索性应用。最后，展望了荧光内窥脑成像技术未来的发展前景。

多模光纤中存在的多个自由度为大容量通信和多参量传感提供了可能, 然而多模光纤中存在的高阶模不仅不稳定、 易耦合和易辐射损耗, 而且导致了布里渊增益谱畸变、 谱宽展宽和布里渊增益峰值降低, 严重劣化了系统的测量精度与传感可靠度。 因此, 研究多模光纤布里渊增益谱的特性和整形优化尤为重要。 首先对多模光纤的布里渊频移和布里渊增益谱特性进行了理论研究, 并与少模光纤、 单模光纤进行对比。 结果表明： 多模光纤的布里渊频移与模式折射率及布里渊散射角有关, 当布里渊散射角不变时, 布里渊频移与模式群编号呈负相关; 当模式群编号不变时, 布里渊频移与布里渊散射角呈正相关。 相比单模光纤, 少模光纤与多模光纤由于受到高阶模的影响, 布里渊增益峰值和布里渊频移较低, 布里渊增益谱较宽。 多模光纤中的高阶模最多, 对应的布里渊增益峰值和布里渊频移最低, 布里渊增益谱最宽。 此外, 分析并设计了两种基于单模光纤的多模光纤布里渊增益谱整形优化方法。 搭建移频本地外差布里渊光时域反射系统, 通过测量比较两种整形优化系统的布里渊增益谱宽及抗弯曲性能, 以评估整形优化程度。 实验结果表明： 提出的两种整形优化方法不同程度地减小了多模光纤的布里渊增益谱宽, 获取的布里渊增益谱有着良好的Lorenz拟合度, 分别为0.974 47和0.987 89。 利用单模环形器结合单模光纤对准熔接多模光纤的方法有更好的整形优化效果和抗弯曲性能, 最小弯曲半径和布里渊增益谱宽分别为2.25 mm和53.12 MHz。

高功率可见光至近红外波段的超连续谱光源在光电对抗、光学相干层析成像和高光谱激光雷达等方面具有广泛的应用前景。最近几年，涌现了一些用于产生高功率超连续谱光源的新方法，推动了高功率超连续谱光源的进一步发展。本文从主振荡功率放大结构、随机光纤激光器结构以及多路非相干合成这三种用于高功率超连续谱产生的主流方案出发，着重介绍了近年来有代表性的高功率可见光至近红外波段超连续谱光源的研究进展，并综合分析了这三种方案的优缺点以及未来的发展潜力。

提出一种基于夹层多模光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）与虚拟游标效应结合的高灵敏度温度传感器，进行了理论分析和实验验证。该光纤MZI是通过在两段1 mm长的阶跃型多模光纤之间拼接一段20 mm的渐变多模光纤制成，夹层多模光纤MZI作为游标效应的传感干涉仪，利用信号处理对该光纤MZI的干涉光谱进行变频得到参考干涉仪光谱，通过叠加传感干涉仪和参考干涉仪的波形实现虚拟游标光谱。实验结果表明，在40~100 ℃温度范围内，该传感系统的温度灵敏度为3.884 nm/℃，与单个夹层多模光纤MZI相比，灵敏度提高了37.346倍。与传统的光纤游标传感器相比，所提出的虚拟游标夹层多模光纤温度传感器具有灵敏度极高、尺寸紧凑、制作简单、成本低、结果更可靠等优点。

多模光纤内部的模式特性使其包含丰富的时空域信息。基于时空域信息提取的多模光纤成像作为一种新兴的光纤成像方法，具有器件尺寸小、分辨率高、信息容量大、侵入损伤小等优势，具备成为新一代高分辨率、低损伤内窥镜的潜力。本文总结了多模光纤成像的基本方法和相关进展，并介绍了机器学习与多模光纤成像结合的相关工作。此外，面向多模光纤成像的实际应用，讨论了动态干扰下多模光纤成像的方法和相关进展以及多模光纤成像在成像性能和质量上的不足。最后对多模光纤成像进行总结并加以展望。

为了实现在活体小鼠脑中多部位的光纤记录和区域可选择的光刺激，开发了一套集成度高、参数可独立调控的多通道光遗传系统，以满足光遗传学领域中大规模神经动力学研究需求。在该系统中，设计了一款1转7扇出多模光纤束，将光纤束与扫描振镜相结合，并利用时分复用技术调制不同波长的光源，以实现高质量的多通道记录和通道可选择的光刺激。评估了多光纤通道的参数稳定性，在小鼠前额叶、杏仁核、腹侧被盖等脑区同步记录了4个通道的钙信号。通过振镜靶向特定的光纤通道，可对自由移动的小鼠进行光遗传干预。该系统可用于活体多脑区光遗传干预与记录，为神经环路研究和行为学实验提供了有力工具。