长波红外量子级联激光器（QCL）具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率（1~3 W）是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤，使得高效率长波红外光纤功率合束的实现难度很大。本文研究了基于低损耗单模空芯光纤的长波红外激光功率合束技术。针对基横模长波红外QCL有源区尺寸大、发散角大的特点，设计了大数值孔径扩展光源双非球面准直镜，有效提高了单模光纤耦合效率。设计制备了无端面损耗的长波红外单模光纤束，光纤传输效率高达91.2%，实现了7.6~7.8 μm波段QCL的高效率合束。当4个长波红外QCL的输出总功率为2.27 W时，采用所设计的光纤耦合光学系统及制备的4×1单模空芯光纤合束器获得了1.5 W的连续输出，总合束效率为66%。此外，测量得到单根单模长波红外光纤耦合输出光的光束质量因子M²为1.2，光强分布和光束质量因子均优于QCL的直接输出激光，说明空芯单模光纤具有一定的非高斯光束模式净化作用。合束光束的传输质量因子为2.6，依然具有较好的光束质量。本文所研究的光纤合束方式对QCL的输出波长、偏振态均不敏感，且具有良好的可扩展性。实验结果表明，此方式可有效解决长波红外QCL单元器件输出功率偏低的问题。

基于多模光纤或多芯光纤的无透镜超细光纤内窥成像技术近些年获得了快速发展，有望成为下一代的极微创、高分辨率内窥显微镜。通过对相干入射光场的时空调控，该技术可克服多模光纤中模式色散或多芯光纤中相位畸变的影响，在无需光纤末端透镜或扫描器件的情况下实现高分辨率的聚焦、成像及相关应用。此外，在无透镜光纤内窥成像或图像传输等场景下，通过构建物理或深度学习模型，从光纤输出测量中也能实现物体信息重建。对相干光纤无透镜成像技术的发展进行综述，首先说明无透镜光纤成像的基础原理，并从主动波前调控和被动目标重建这两类角度阐述无透镜光纤成像方法，接着介绍一些先进光纤成像模态和技术，列举光纤成像相关应用，最后分析该领域所面临的挑战，总结并展望其进一步发展方向和应用前景。

报道了一种基于柔性空芯光纤和量子级联激光器（QCL）的中红外吸收光谱技术，可同时检测NO和NO₂气体。QCL在间歇连续波（iCW）模式下运行，结合柔性空芯光纤具有小型化传感器的潜力。分别选择1929.03 cm^-1和1599.91 cm^-1的吸收线用于NO和NO₂检测，两束激光同时耦合到内径为530 μm的100 cm长的柔性空芯光纤中。直接吸收光谱首先用于展示双气体检测，QCL以iCW模式运行并结合时分复用技术，然后采用一次谐波归一化的波长调制光谱来消除非气体吸收带来的信号强度变化的影响，并研究了气体传感器的性能。对于体积分数为50×10^-6的NO与15×10^-6的NO₂，检测精度分别评估为5.2%和4.1%。当积分时间为60 s时NO的检测限为39×10^-9，当积分时间为50 s时NO₂的检测限为9.2×10^-9。

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。

针对传统光纤传感难以实现应变矢量感知的问题，设计并实验验证了基于同相正交（IQ）调制的光频域反射仪（OFDR）的多芯光纤应变矢量传感系统。使用IQ调制技术，实现了光源线性扫频，利用多芯光纤空间结构关系，在OFDR系统中获得了七芯光纤弯曲后的应变矢量信息。实验结果表明，当光源扫频范围990 MHz时，在87 m七芯光纤中，弯曲应变空间分辨率为28.35 cm。当光纤弯曲曲率为1.78 m^-1时，角度分辨率为29°。同时进一步通过仿真分析表明，当扫频范围提高到10 GHz时，理论上可以达到1.02°的角度分辨率，从而进一步提高系统性能。

提出一种基于空芯光纤的温度、湿度和应变同时测量的三参数光纤传感器。该传感器由一段空芯光纤熔接在两段单模光纤之间而成。独特的空芯结构使法布里-珀罗、马赫-曾德尔和反共振3种机制在传感器中并存。实验中，选取反射、透射谱中3个干涉谷dip 1、dip 2、dip 3，分别测试其谷底位置与温度、湿度和应变的对应关系，利用传递矩阵消除不同参数间的交叉敏感，实现了温度、湿度和应变的高灵敏度同步测量。测试结果表明，该传感器的温度灵敏度、相对湿度灵敏度和应变灵敏度分别可达22.4 pm/℃、37.5 pm/%、1.22 pm/με，在结构健康监测方面有望获得重要应用。

针对多芯光纤三维位型重构问题,提出了一种基于螺旋多芯光纤和Bishop标架的三维位形重构方法。分析了基于螺旋多芯光纤和Bishop标架的三维位形重构算法原理,实验采用了螺旋多芯光纤布拉格光栅(Fiber Bragg gating,FBG)阵列传感,通过光谱漂移计算各个纤芯的应变值,并根据节点截面应变关系模型实现了纤芯曲率和扭转角解算,最后,结合Bishop迭代计算得到光纤整体位形,实现了形状重构。进行了4种形状的重构实验,最大三维重构绝对误差为3.11mm。实验结果表明,基于Bishop-HMCF的形状重构方法能够实现三维位形重构,在柔性机构末端定位和导航上具有重要的研究意义与应用价值。

提出并研究了一种以硫系玻璃为基底材料的红外负曲率反谐振光纤，该光纤在4 μm附近可低损耗、单模单偏振传输光信号。利用有限元法对其性能进行数值仿真，结果表明：该光纤在3.99~4.00 μm波长范围内具有良好的单模单偏振特性，特别是在4 μm波长处，偏振消光比和高阶模式消光比分别达到491和649，表明其保偏性能具有很好的稳定性；该光纤具有低损耗传输特性，在3.92~4.01 μm波长范围内，x偏振基模均可维持在平坦且损耗很低的反谐振区域内，尤其在4 μm波长处，x偏振基模的损耗仅为1.8×10^-4 dB/m；该光纤具有良好的抗弯曲能力，在单模单偏振传输下，弯曲损耗始终小于10^-3 dB/m。该红外负曲率反谐振光纤不仅在中红外波段的通信和医疗系领域具有良好的应用前景，也为工作在4 μm波段的量子级联探测器提供了纯净光源。