模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中，一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值；然而，少模光纤激光器中存在多个高阶模式，会导致动态模式不稳定（TMI）阈值随着弯曲直径减小而降低的反常模式不稳定现象。基于纤芯/包层直径为30/600 μm的双包层掺镱光纤以及具有不同直径的光纤水冷柱，设计了一台后向泵浦的高功率光纤放大器，研究了该激光器中的反常模式不稳定现象。结果表明：当采用中心波长为976 nm的稳波长激光二极管（LD）作为泵浦源时，随着增益光纤弯曲直径由13 cm增加至16 cm，激光器的TMI阈值由1650 W提升至3740 W，提升幅度约为1.27倍，输出激光的相对亮度提升了87%。光纤弯曲直径的增加虽然会带来输出激光光束质量的轻微退化，但输出激光的相对亮度能够大幅提升。最终，结合光纤弯曲以及泵浦波长优化，实现了7.1 kW高亮度光纤激光输出，相对亮度为1293。

提出了一种基于多芯光纤的马赫-曾德尔干涉仪，其由单模-多芯-多模-单模光纤拼接而成，其中多模光纤充当耦合器，单模光纤与多芯光纤错位熔接形成不对称结构。实验研究了干涉仪的弯曲应变与轴向应变特性。实验结果表明，当干涉仪弯曲时，干涉仪透射谱波长发生线性漂移。利用波长变化可调解出弯曲的曲率大小，并且最大弯曲曲率灵敏度为-16.88 nm/m^-1。当干涉仪向0°和180°方向弯曲时，波谷波长漂移方向相反，由此可初步判断弯曲方向。此外，干涉仪对轴向应变也有较好的敏感性，利用测得的弯曲曲率与轴向应变灵敏度构建测量矩阵，可实现弯曲曲率与轴向应变的同时测量，并消除交叉敏感。

为了提高光纤弯曲传感器的灵敏度, 增大线性范围, 降低成本, 本文提出一种基于深度神经网络分类塑料光纤弯曲角度及方向的方法。使用进行侧抛增敏处理的塑料光纤, 在光纤输出端采集不同弯曲角度的散斑图。制作了包含五类弯曲角度的数据集一以及包含七类弯曲角度的数据集二, 在预处理图像数据之后, 利用多层卷积神经网络对散斑图像进行卷积和池化处理, 得到散斑图像的特征图, softmax分类器用来得到分类准确率, 最后对两种不同卷积神经网络模型的分类效果进行对比。结果显示: 数据集一光纤弯曲的角度间隔为5°时分类准确率达到了96%, 理论和实际分析结果表明该方案识别率较高, 基于该方法有望实现一种简单、高效的光纤弯曲传感器。

建立了弯曲光纤的二维轴对称有限元分析模型，对初始光纤弯曲性能进行了有限元分析，分别计算其弯曲损耗，有效模场面积和连接损耗；选取芯层到下陷层距离b，下陷层宽度c，下陷层深度Δt，空气孔孔径r为设计变量，以弯曲损耗和连接损耗最小为目标，利用正交试验和灰度关联分析相结合的方法对光纤弯曲性能进行了多因素多目标优化设计。研究结果表明：优化后光纤弯曲损耗从0.127 8 dB/m减小到1.749 8×10-4 dB/m；有效模场面积从94.741 μm2减小到82.37 μm2；连接损耗由0.174 3 dB减小到5.805×10-4 dB。与标准单模光纤对比发现，新型光纤在弯曲半径为3 mm的情况下，有效模场面积从209.21 μm2减小到82.3 μm2，连接损耗从7.535 8 dB减小到5.805×10-4 dB，大大地降低了光纤的连接损耗。新型光纤在小半径弯曲情况下，也能保证系统的传输质量。

提出并制作了一种弯曲形变与应力拉伸可区分测量的全光纤敏感元件。全光纤敏感元件使用193nm ArF准分子激光器在单模-色散补偿-单模的干涉上刻写光栅, 组成光栅和迈克尔逊干涉的并联结构。分析了光纤敏感元件对弯曲和应力拉伸的响应机理。对光纤敏感元件进行了弯曲和拉伸测试, 实验结果表明: 在0～1.4m-1曲率下, 1524.27nm处干涉波谷的弯曲灵敏度为4.53dB/m-1, 线性度为0.991,光栅布拉格谐振峰处的能量基本不发生变化; 在0～500με拉伸形变范围内,1524.27nm处干涉波谷的形变拉伸灵敏度为-1.02pm/με, 线性度为0.979。布拉格谐振模式的形变拉伸灵敏度为0.615pm/με, 线性度为0.990。所提光纤敏感元件能够区分测量弯曲形变和应力拉伸, 其在工业应用具有较好的前景。

在采用低偏和保偏混合光路的混偏光纤陀螺的光学架构中，包含了一些单模光纤元件和单模光纤。当单模光纤发生弯曲时，光纤中传输的纤芯导波模式和单模光纤中的界面反射波模式之间将会发生相互干涉，导致光的传输特性受到影响。提出了单模光纤弯曲对光纤陀螺标度因数稳定性影响的数学模型。仿真和实验结果表明：当温度发生变化时，单模光纤弯曲会导致传输光的中心波长发生漂移和振荡，从而影响光纤陀螺标度因数稳定性。中心波长振荡的振幅与弯曲半径直接相关。

采用纤芯间距为38.78 μm的国产多芯光纤设计了一种光纤弯曲传感器.该多芯光纤弯曲传感器由长度为1 m的七芯光纤与单模光纤拼接制成，多芯光纤弯曲时，相邻的纤芯发生模式耦合.在传感器一侧，将宽带光注入到位于多芯光纤中心的纤芯，用光谱分析仪测量带有曲率信息的频谱，获得弯曲传感器的透射谱波长偏移与弯曲曲率半径的关系.结果表明：多芯光纤弯曲半径越小，弯曲曲率越大，串扰越明显.

研究了与光纤线圈敏感轴平行的轴向磁场作用下保偏光纤陀螺的漂移特性, 建立了保偏光纤陀螺产生的非互易相位差与入射光偏振态关系的数学模型, 并对该模型进行了实验验证.结果表明: 轴向磁场对保偏光纤陀螺产生的非互易相位差源于光纤线圈内光纤的弯曲, 且与线圈中光纤扭转分布具有密切关系, 即当线圈绕制完毕, 光纤扭转分布固定时, 对应的保偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度不变；保偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度与射入光纤线圈内光的偏振态密切相关, 通过改变入射偏振光的入射角, 可在0~5°/h/mT范围内改变典型保偏光纤陀螺的轴向磁场灵敏度.

为研究光纤弯曲对干涉式光纤陀螺性能的影响，选取常用的单模光纤、保偏光纤、光子晶体光纤及保偏光子晶体光纤为研究对象，建立了光纤弯曲与光纤陀螺性能的相关理论模型。以高精度光纤陀螺应用为背景，选取掺铒超荧光光纤光源，改变光纤弯曲半径，测出了经过光纤样品后的光功率、平均波长、光谱宽度的变化和平均波长波动，在此基础上分析了弯曲半径对光纤陀螺标度因数和随机游走系数的影响。理论分析和实验结果表明，采用光子晶体光纤时，光纤弯曲对光纤陀螺性能几乎没有影响，采用其他光纤时，需要严格控制光路中的光纤弯曲半径。

设计并研制了一种新型的基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器.该光纤弯曲传感器由两根光纤组成的光纤带固定于弹性弯曲结构上来产生迈克尔逊干涉信号，用光纤折射率匹配液填充微型腔,并施加音频振荡信号对相位干涉信号实现低频调制.采用相位生成载波技术对相位干涉信号进行调制和解调，实现了对曲率变化高精确度的检测.实验测试了该光纤弯曲传感器的相位干涉信号与光纤带弯曲曲率的关系，并与理论分析对比.结果表明该光纤弯曲传感器具有43.96 rad/m－1的灵敏度及0.004 m－1的高分辨率.