模场直径作为单模光纤的一个重要参数，远场可变孔径法是GB.15972.45-2008中推荐的测量方法。本文分析了单模光纤中传播光场的分布，其中光场的模式行为是亥姆霍兹方程的解，理论上应满足贝塞尔函数。对此，本文基于远场可变孔径法提出一种利用贝塞尔函数拟合光纤出射光场分布，进而由拟合得到的模场分布曲线计算模场直径。与目前常用的远场可变孔径法相比，在测量数据正常时，本方法与常用方法测量精度相当。当测量数据存在误差时，本方法仍能保证测量结果的稳定性与准确性。

光纤的几何参数影响着光纤的光学传输和机械性能等，是衡量光纤质量的重要指标。近场光分布法是国标GB 15972.20-2008中推荐的几何参数测量方法。该方法在对光纤纤芯的测量中需对光纤通光照明，以区分纤芯和包层的边界。通光的纤芯端面是一个边缘并不清晰的发光亮斑，因而无法准确判断纤芯与包层的真实边缘。本文分析了光纤内光传播模场的分布，理论上光纤模场电磁矢量的解满足贝塞尔函数，但在近似情况下也可以用高斯函数代表光纤模场分布。因此本文利用高斯函数拟合光纤纤芯端面灰度分布，进而由拟合后的高斯函数得到纤芯与包层的真实边缘。本方法是对国标GB15972.20-2008的测量方法的进一步完善。实验测量结果表明，当光纤的切割效果不佳或成像质量较差时，模场灰度分布的高斯函数拟合法仍能保证测量的重复精度和测量数据的稳定性。

为了满足在极低和较高光功率范围内对光信号的探测, 提出了基于硅光电倍增管(SiPM)的弱光检测系统, 该系统包含自动调节偏压电路、电流. 电压转换电路、小信号放大电路和滤波电路。测量不同偏压下 SiPM的输出与入射光信号之间的关系, 实验结果显示, 偏压对 SiPM的输出有很大影响, 不同偏压下, SiPM的探测能力和探测范围都不相同。此外, 该系统对 25 pW到 1.75 μW的光信号都有响应, 能在极低和较高光功率范围内对光信号进行连续探测。

为了实现更为高效、准确的光纤端面自动对焦, 对现有图像的清晰度评价函数进行了研究, 并在此基础上, 提出了一种新的计算简便、抗噪性好的清晰度评价函数。采用光纤几何参数测试仪获得光纤端面清晰成像面前后等间隔的 24帧光纤端面图像, 利用不同的图像清晰度评价函数对这 24帧图像进行计算, 得到相应的调焦曲线并分析其单峰性、单调性和抗噪性。结果显示, 所提的新评价函数具有更好的表现, 对自动对焦技术具有一定的参考价值。

无论是通讯光纤还是医用光纤，光纤的几何参数总是评价其质量的重要指标。灰度法是国标 GB15972.20-2008中的建议方法，但该方法在拟合过程中会出现拟合圆与椭圆的中心不重合，存在测量原理上的缺陷。且当光纤的切割效果与照明条件发生改变时，往往导致测量数据的不稳定并带来误差。本文用更符合光纤端面实际的任意椭圆函数 (非标准椭圆)，且仅用这一种函数拟合的方法求取光纤几何参数，从而从根本上消除由圆拟合与椭圆拟合的中心不一致带来的原理缺陷。同时，由于在计算各个参数时不需要图像分布灰度的具体值，从而降低了对测量条件的要求。实验表明，本文方法能有效提高仪器测量结果的稳定性和一致性。

光纤的模场直径是评价光纤性能的一个重要参数。测量单模光纤模场直径的常用方法是远场可变孔径法。通过测量给定单模光纤透过不同尺寸孔径光阑的多组远场辐射光功率数据并对实测数据进行处理,可得到被测光纤的模场直径。在实际测量过程中,为了消除被测光纤模场中心与孔径光阑中心偏离引起的测量误差,应用多次函数拟合法对远场可变孔径法测得的数据进行处理,以此自动识别并排除测量数据中的个别不合理的误差数据,从而有效提高模场直径的测量精度。

光纤的几何参数是评价光纤质量的重要指标。以近场光分布法为基础进行光纤几何参数测量, 是目前常用的一种非接触测量方法。但在测量过程中, 若光纤端面切割不平整或照明光源有波动, 直接采取边缘拟合及灰度值进行计算, 会产生较大的测量误差。使用Canny算子提取光纤端面的边缘, 将其所围进行区域二值化滤波, 利用形态学方法与运算获得光纤的几何参数, 能消除由于光照不均或切割粗糙带来的误差影响。

提出了一种利用旋光色散进行波长测量的方法。采用高灵敏度的硅光电倍增管(SIPM)探测线偏振光通过旋光物质和无旋光物质时的输出光强随步进电机旋转而发生的变化,由此测出旋光物质的比旋光度,从而根据比旋光度的色散特征方程求出对应光源波长。大量实验证明,该波长测量装置的精度为1 nm,标准差为0.06 nm,该波长检测方法具有良好的可行性与稳定性,并且该测量装置具有结构简单、易于调节等特点。

基于多光束干涉理论建立了单层薄膜的透射率模型,并且得到了薄膜透射率与厚度及折射率之间的关系的数学模型,进而利用遗传算法求解该数学模型。根据薄膜透射光谱数学模型的特殊性,按照实际的精度需求,有针对性地选取了遗传算法中种群大小、交叉概率和变异概率等关键参数,并且针对透射光谱的具体情况,设计了离散化的适应度函数。最终的拟合结果表明,基于遗传算法的透射光谱法能够快速、准确地得到薄膜的光学参数。

为了进一步提高光纤通信传输容量以及突破单模光纤的容量极限,提出了一种新型的模式复用器结构,该结构可以将单模光纤中的纤芯基模转换为双模光纤中的高阶模。基于耦合模理论,通过MATLAB仿真与计算,证明此复用器的模式转换率可以达到100%,转换带宽为10 nm。由于其良好的转换效率和带宽,此复用器装置可以用于模分复用传输系统中来增加光纤通信的传输容量。