分布式光纤传感和光纤测量技术随着光电产业的成熟,逐渐成为一个新兴的技术领域,其中尤为重要的是光频域反射仪(OFDR:Optical frequency-domain reflectometry),它能提供相较于传统的光时域反射仪更高的灵敏度和空间分辨率,因此也受到了广泛的研究和关注。但OFDR中由于光源的相位噪声的问题,导致OFDR的空间分辨率和测量范围等性能指标都受到了很大的限制。解决OFDR中的相位噪声问题主要通过两个手段,即光源的相干性增强,和对接收端的相位噪声补偿。在相干性增强方面,本文提出了新型的相位噪声评估和测量方法,并针对OFDR中相位噪声的特性进行了测量和分析。在相位噪声补偿方面,本文提出基于延迟匹配采样的相位噪声补偿方法。本文的主要工作内容和创新性体现在以下几个方面:1.提出基于功率面积法(PAM:Power-area method)的高精度激光线宽评估方法。随着窄线宽激光器和激光线宽压缩技术的应用越来越广泛,迫切需要高精度评估激光的线宽和线型。虽然利用激光的频率噪声谱,通过数值计算可以得到激光谱线型和线宽,但是计算量很大,不够直观。寻求一种直观而简单的线宽估计方法成为本领域关注的研究课题。此前,有文献报道了一种β-分隔线法的线宽评估方法,可以简单直观的观察频率噪声谱对于线型和线宽的影响,但是精度不足,可适用的激光类型有限。本文提出一种功率面积法(PAM:Power-area method)的新型线宽评估方法,实现了对任意频率噪声谱的精确评估,本方法不仅具有更高的精度,而且同样具有简单和直观的优点。基于本方法也实现了光锁相控制激光的光谱和延迟自相干拍频谱的线宽评估。2.提出基于短延迟自外差相干法测量的宽频范围激光频率噪声谱测量方法。随着窄线宽激光技术不断发展,对于激光频率噪声谱的测量提出新的要求,要求能够在更宽的频率范围内精确测量激光频率噪声,目前的激光频率噪声谱的测量存在系统复杂度高、光纤过长引入扰动严重,傅里叶频率范围受限等缺点。本论文提出基于短延迟自外差相干法(SDSH:Short-delayed self-heterodyne)的频率噪声谱测量方法。基于本方法,利用长度仅15.5 m的短延迟光纤,精确地测量出10 Hz～50MHz频率范围的激光频率噪声谱,频率范围只受限于数字采集卡的采样率和采样深度,测量系统和数字处理非常简单,具有较高的实际应用价值。3.提出基于激光本征频率噪声提取和重构扫频激光器的动态频率噪声谱的测量方法。针对OFDR中的扫频激光器,传统的频率噪声谱测量方法不足以体现其动态特性。本论文提出了一种平均法提取激光本征频率噪声,并且结合分时段SDSH法重构频率噪声谱,获得了扫频激光的动态频率噪声三维谱图,另外还实现了锁相控制的扫频激光器动态频率噪声谱的测量和分析。动态频率噪声谱能够提供比传统测量结果更准确的激光瞬态特性的信息,可用于扫频激光器、高稳定激光器等领域的测量。4.提出基于延迟匹配采样的OFDR相位噪声补偿方法。在高精度的OFDR系统中必须采用相位噪声的补偿。已报道的相位噪声补偿方法中,均存在相位噪声估计不准确、长延迟光纤引入附加抖动等问题。本论文基于基于延迟匹配采样的激光相位噪声测量技术,提出短光纤OFDR相位噪声补偿方法,提高了激光相位噪声估计和补偿的精度,在200米处将分辨率提升了2857倍,较大幅度提升了OFDR的性能。