提出了一种基于超弱光纤光栅阵列的长距离传感系统。基于超弱光纤光栅的离散分布和高信噪比特点，采用分段采集的方法降低系统对数据缓存和计算能力的要求，利用ZYNQ（ZYNQ-7035 All Programmable SoC）嵌入式底层硬件实现对选定空间上10 km传感段的解调。采用OptiSystem软件仿真分析系统的功率预算，精准设计入纤脉冲光功率以及拉曼光纤放大器的配置，结合电路的动态分段增益，实现长距离传感系统中的功率均衡，并搭建实验系统予以验证。结果表明：系统工作距离可以达到50 km，传感信号的强度波动小于2.2 dB，空间分辨率为1.5 m，解调速度为0.3 Hz，远端的解调精度稳定在6 pm以内，温度测量精度为±0.15 ℃，应变测量精度为±5.5 με。系统整体性能优于传统的分布式布里渊传感系统，且具有良好的可扩展性，在长距离光纤温度、应变感测上具有明显的技术优势。

具有高载波频率与可用大带宽的太赫兹频带（频率范围0.1~10 THz）已成为满足未来6G移动通信网络所需的100 Gbit/s甚至1 Tbit/s超高数据速率的候选频段。与完全使用电子器件生成太赫兹信号的全电方式相比，光子辅助技术可以突破电子器件带宽限制的瓶颈，生成高频率、大带宽、频率灵活可调，并易与大容量光纤链路集成的太赫兹信号。基于光子学辅助技术与各种先进器件及数字信号处理算法，在宽带太赫兹通信和感知的多个领域取得了重大成果：在大容量太赫兹传输领域，综合应用多维复用技术，实现了最大容量6.4 Tbit/s的光子太赫兹信号传输；在远距离太赫兹传输领域，设计了高增益太赫兹天线模块，实现了长达400 m的335 GHz太赫兹无线传输距离；在实时太赫兹通信领域，基于商用数字相干光学模块实现了创纪录的100、2×100 GbE太赫兹实时通信系统；在太赫兹通信与感知一体化领域，分别基于时分复用与频分复用方案生成了通信与感知一体化信号，同时实现了太赫兹频段的大容量通信与高精度感知功能；在太赫兹有线传输领域，基于镀银金属空芯光纤，实现了300 GHz频段太赫兹信号的1 m有线传输，系统净容量超过140 Gbit/s。本文分别对以上系统的实验装置进行了详细的介绍，并对实验结果进行了讨论。

应用双准直光束测量滚转角时，双准直光束夹角易受环境变化、机械形变等因素的干扰，严重影响测量精度。双准直光束测量滚转角对光斑位置敏感，而偏振测量滚转角取决于入射光的偏振态，受激光角漂的影响相对较小。因此，为提升长距离下五自由度测量中滚转角的误差测量精度，提出了一种基于偏振的双准直光束测量滚转角的自校准方法，在导轨的不同位置使用双准直光束和偏振分别测量接收端的滚转角姿态，计算出双准直光束夹角，进而校准双准直光束测量结果，提升测量精度。实验结果表明：在测量范围为0.75~2.00 m内，校准后滚转角测量误差减小88.97%，满足长距离实时滚转角测量对高精度、易装调的要求。

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。

为了解决通信容量不足以及非线性损伤问题，基于正交相位（IQ）调制外差相干探测，利用极化复用技术、模分复用技术以及先进的数字处理算法，搭建了单通道模分复用少模光纤传输系统，并成功实现了波特率为32 Gbaud的16正交振幅调制（QAM）信号在两个兼并模LP11a和LP11b模式下的1000 km传输。使用时域和频域多输入多输出最小均方（MIMO-LMS）算法进行均衡处理后，误码率（BER）低于软判决前向纠错（SD-FEC）的阈值（5.2×10^-2）。

为了满足日益增长的数据需求，实现“超大容量、超长距离”通信，结合波分复用、偏振复用、模式复用3种复用技术，演示了一个少模光纤传输系统。实验生成符合ITU-T标准的80个通道，利用两个正交偏振及LP11a、LP11b两个模式，在最长达1000 km的少模光纤上传输32 GBaud的16QAM信号。为了减少色散效应和严重的偏振间、模间串扰产生的影响，在接收端数字信号处理（DSP）中，采用基于时域和频域的多输入多输出（MIMO）均衡解复用技术，显著提升系统性能。实验结果表明，经500/1000 km的少模光纤传输，系统的比特误码率（BER）分别能满足7%低密度奇偶校验码（LDPC）硬判决门限（3.8×10^-3）和25% LDPC软判决门限（4.2×10^-2）。当少模光纤传输距离为1000 km时，系统实现的净速率为32.768 Tbit/s，属于国内领先水平。

G.654.E光纤应用于传输系统中, 因截止波长大以及与收发端设备的耦合方式, 可能产生多路径串扰(MPI)从而影响传输性能。为了探究MPI的影响因素, 通过窄带外腔激光器/光功率计法在1310 nm光源波长下分析了光纤类型、光纤长度、打圈条件、连接方式和尾纤类型对MPI的影响。实验结果表明: 对于短距离链路, 可通过热熔代替活动连接器以及打圈滤模来减小MPI；而对于长距离链路, 尽量避免不同类型光纤的混合连接。