跳模会导致单波长光纤环形激光器相干性有不同程度的退化,严重影响光学系统的性能。设计一种基于匹配干涉仪的相干坍塌抑制方案,分析抑制机理。并分别搭建臂差可调的空间光匹配干涉仪(SLMI)和全光纤结构匹配干涉仪(AFMI),通过实验对抑制效果进行方案验证。结果表明:当SLMI的等效臂差不断逼近理论值时,可监测到多模匹配干涉现象,该现象等效于单纵模激光干涉,从而实现相干坍塌抑制;AFMI结构紧凑,便于嵌入光纤相干探测系统中,能有效抑制随机跳模引入的相干坍塌和相位噪声谱级的大幅上升,降低系统虚警概率。作为一种被动手段,匹配干涉仪对抑制或规避模式失稳引起的相干坍塌具有指导意义。

掺铒光纤激光器(EDFL)从频域的角度可以分为单纵模(SLM)掺铒光纤激光器与多纵模(MLM)掺铒光纤激光器。MLM-EDFL 属于复杂的高维动力学系统，比SLM-EDFL 拥有更多的自由度与更复杂的激光动力学特性。为理论研究分析MLM-EDFL 的频域动态特性，建立了关于EDFL 多模激光频域动力学模型，模型中将MLM-EDFL 的各个模式光场强度及其享有的增益粒子数分别作为独立的物理参量来处理，并考虑由于增益介质中铒离子对的猝灭效应而对模型引入额外的自由度；所建多模激光频域动力学模型可有效描述频域内多个模式的个体行为及集群行为，在数值研究中重现了激光频域高维动力系统所特有的多模动态特性。

检测光纤环形激光器输出模式的动态特性是实验与工程应用的难题之一。在不同抽运强度以及长时间运转条件下,激光器会输出复杂的模式动态现象。受限于实验手段，目前的实时测量系统局限于仅获取激光器的输出强度信息而无法准确获取更多的模式动态特性。基于这一点，报道了采用光学外差的测量方法，搭建相应的实验装置测得待测光纤环形激光器与参考光源的拍频信号。实验中可实时获取包括跳模以及频率漂移在内的模式动态时频瀑布图，并提取各模式强度的时间序列，进而能够检测光纤环形激光器输出模式动态特性以及分析模式光强，为控制光纤环形激光器输出以及探究其内在频率动力学特性提供重要的测量手段。

报道了自组织反馈光纤环形激光器中施加相位调制后产生的强度混沌现象。对自组织反馈光纤环形激光器进行稍大于阈值的泵浦, 通过压电陶瓷引入相位调制；保持泵浦功率及调制电压不变, 改变调制频率, 得出光强随不同调制频率变化的分岔图, 观察到某些特定频率区域内激光器输出进入类似混沌的状态。针对类似混沌的光强输出序列进行非线性时间序列分析, 通过功率谱计算、相空间重构、关联积分计算等方法得到了多段调制频率区间内光强序列具有混沌特征的证据。初步分析产生混沌的机理得出: 特定条件下施加的相位调制等同于损耗调制。

在掺铒光纤环形腔内插入未抽运掺铒光纤可形成自组织激光腔。在环形腔多模激光器稳态方程中引入饱和吸收体光栅非线性耦合模方程，建立了全光纤自组织激光腔稳态模型，并得到了边模平坦的单纵模解。仿真分析了激光运行过程中输出耦合器位置、输出比例以及抽运功率等参数对饱和吸收体光栅特性的影响。仿真结果表明，在同等抽运参数与输出比例下，输出耦合器前置式结构较后置式结构中的光栅具有更高的纵模边模抑制比；两种结构下纵模边模抑制比均随输出比例增加而增加，并随抽运功率增加而减小。对前置式结构优化的输出耦合比例取值范围在60%~80%之间。对两种结构激光器的稳定性地图测量证实了仿真结果。

随着光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的飞速发展, 基于FBG技术的加速度传感器成为了一个新的研究和发展的方向。理论分析了FBG加速度传感器的基本原理, 重点介绍了基于FBG理论开发的加速度传感器探头结构的研究进展, 分析了探头结构的传感机理及性能指标, 指出了实际应用存在的关键技术问题, 并对未来的发展进行了展望, 为设计新型探头结构及探头的实用化提供了借鉴。

利用耦合非线性微分方程组求解饱和吸收体光栅（SAG）的损耗谱，得到了在无谐振腔时SAG参数与光栅带宽、中心频率损耗、边模抑制比等光栅滤波特性的关系。考虑谐振腔的存在，对SAG纵模边模抑制比进行修正，数值分析了优化区范围及优化程度。结果表明，当满足饱和吸收体长度约为腔内光纤长度1/3时，可实现平坦的边模损耗谱，且在小于由注入功率决定的掺铒光纤长度内，纵模的边模抑制比较无谐振腔时提高了0.3~0.6 dB。采用扫频法初步验证了达到平坦边模损耗谱的条件。

针对已有方法在单频光纤激光器跳模检测中存在的不足，提出一种基于非平衡光纤Michelson干涉仪动态相移的跳模检测方法。使用干涉仪将激光器跳模时的光频突变转换为相位工作点的突变，并通过同步监测相位工作点的正余弦函数两路信号来跟踪与判断它的动态相移，成功实现了对超窄线宽掺铒光纤环形激光器偶发的随机跳模以及由开机瞬态热效应触发的连续多次跳模的测量与分析。结果表明，该方法检测灵敏度高，跳模判据实时直观，并能测量跳模前后可能发生的频漂，为评价单频光纤激光器的模式稳定能提供有效的测试手段。

搭建了基于光纤迈克耳孙干涉仪的跳模检测系统，对抽运调制条件下的超窄线宽掺铒光纤环形激光器的跳模特性进行了实验研究，测量了由抽运电流标定的表征跳模规律的跳模数据图。结果表明，随着抽运电流的不断增加，激光器先后经历模式稳定区、模式非稳区以及多纵模区三种状态；存在第二抽运阈值，当抽运强度超过这一阈值时激光器由单纵模跳变为非稳定的多纵模。掺铒光纤环形激光器的谐振腔因抽运热效应或外界扰动而变化时，会引发频率漂移与连续跳模现象。

超窄线宽激光器随机发生的跳模现象，作为一种干扰或噪声，是降低光学相干检测系统性能的重要因素。为了有效检测单纵模超窄线宽激光器的模式稳定性，提出一种基于光纤M-Z干涉仪的超窄线宽激光器跳模检测方法，该方法通过在干涉仪内引入相位生成载波(PGC)外调制技术，将激光器跳模过程中光源相干性的变化转化为干涉仪相干度的突变，从而实现对整个跳模过程的实时监测。实验结果表明，该方法在检测灵敏度上有明显优势，能够有效监测跳模的持续时间、模式竞争随时间演化的动态过程等跳模细节，尤其适合用于短直腔激光器的跳模检测，并且能为光纤激光器跳模现象的预测与主动抑制提供重要参考。