为了实现一款全国产、界面友好、使用简单、能够指导科研和产业设计的光纤激光仿真软件，进行了光纤激光仿真软件的开发研究。在光纤激光理论研究的基础上，初步开发了能够对高功率掺镱光纤激光器进行仿真的软件See Fiber Laser和能够对光纤激光器相关参数进行计算的光纤激光工具集SFTool。介绍了两款软件的部分理论模型、基本功能和简单算例，该研究有望降低光纤激光器的研究和设计难度。

在多媒体和数据应用程序快速扩展和驱动骨干网带宽需求量迅速增长的网络背景下,时分、波分、偏分复用技术与多级调制方式结合,使得大容量传输系统中单模光纤容量快速接近香农理论极限。空分复用(SDM)技术可以突破该限制,为未来光纤容量增长提供新的解决方案。通过讨论多芯光纤、少模/多模光纤和少模多芯光纤三种SDM技术方案,详细介绍了SDM光纤的研究进展及研究方法,同时对三种光纤方案进行对比,阐明了各种方案的优劣性。

提出了一种基于无芯光纤的单模多模单模（SMS）结构的折射率光纤传感器并对其进行了理论和实验研究。用一种新颖的无芯光纤来作为SMS结构中的多模波导，避免了常规SMS折射率传感器制作过程中的化学腐蚀所带来的问题，具有易于设计和制作的优点。制作了一支基于无芯光纤的SMS折射率光纤传感器，并用具有不同折射率的蔗糖溶液对其进行了实验测试，在1.356～1.392的折射率范围内得到了431.4 nm/RIU的平均折射率灵敏度，实验结果与模拟结果符合得很好。进一步的理论研究发现，通过减小无芯光纤的直径可以进一步提高传感器对折射率的灵敏度。

对非保偏光纤放大器进行偏振控制是获得高功率线偏振光纤激光输出的有效途径。介绍了光纤放大器偏振控制的原理, 对基于随机并行梯度下降（SPGD）算法的偏振控制进行了理论仿真, 分析了算法性能评价函数、扰动电压分布类型、增益步进、扰动幅度等参数对偏振控制效果的影响。利用现场可编程门逻辑阵列（FPGA）执行SPGD算法, 控制输出光的偏振态, 获得了消光比大于11 dB的激光输出。

四波混频

相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)因其优良的综合性能成为目前最主要的入侵和振动分布式传感监测方法之一。总结了φ-OTDR分布式光纤传感监测系统的光源技术、传感头技术和信号解调技术的研究进展，对各部分的最新研究成果进行了评述，对其创新性和存在的问题进行了分析。阐述了微分振幅检波技术和直接相位解调技术的工作原理，并对两种解调方法进行了比较：微分振幅检波技术从散斑图样来解调相位信息是艰难的，它是一种非直接的、定性的测量方法；直接相位解调技术是一种直接的、定量的测量方法，可以应用于动态测量以及光纤水听器中，但受相干散斑衰落的影响较大。最后展望了基于φ-OTDR的分布式光纤传感监测技术的应用前景。

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络中重叠光谱的中心波长解调问题,提出一种基于门控循环单元(GRU)网络的波长检测方法。该方法将FBG重叠光谱的波长解调问题转换为模型回归问题,同时考虑到光谱数据的序列特征和频谱特性,采用GRU网络实现对光谱数据的特征学习,训练得到相应的波长检测模型,从而实现对重叠光谱的精确快速解调。经实验验证,所提方法能够解决FBG传感网络光谱部分重叠或完全重叠条件下的中心波长的精确解调问题,其方均根小于1 pm的测试结果占总数的88.2%。相比现有的解调方式,所提方法在检测精度和稳定性上均有一定的提升,为提高FBG传感网络的复用能力提供了新的途径。

分析比较了光纤布拉格光栅(FBG)传感解调系统的6种寻峰算法:蒙特卡罗(Monte Carlo)算法、直接比较法、二次插值数值微分法、一般多项式拟合法、多项式-高斯公式拟合法和高斯公式非线性曲线拟合法。通过分析算法理论误差,结合算法仿真和实验研究,给出了算法误差及相关影响因素。研究发现输入信号的信噪比与寻峰算法的算法误差呈线性关系,相同条件下,高斯公式非线性曲线拟合法获得的精度最高。在光纤布拉格光栅传感实验系统中,对于信噪比为40 dB的输入信号,算法的寻峰精度可达到0.44 pm。结果表明,算法输入信噪比是影响寻峰算法中算法误差的决定因素,寻峰算法中的最佳算法为高斯公式非线性曲线拟合法。

为了提高光纤光栅传感系统的容量和解调精度，研究了多通道光纤光栅传感系统的相关解调技术，提出了一种应用于多通道光纤布拉格光栅(FBG)传感系统解调的算法。结合仿真和实验，给出了该算法对光纤光栅反射峰的解调效果，分析了算法的精度。研究发现，整个系统可实现32路光栅复用，能在1525～1585 nm的波长范围内进行解调，算法的解调精度可达2 pm，分辨率为0.1 pm。该算法有效地降低了一般寻峰算法中输入信噪比(SNR)对系统解调精度的影响，系统的测量精度、测量范围、可靠性都得到改善，能够很好地应用于实际工程。

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