随着数字信号处理技术的发展和成像技术的日益普及,基于光纤光斑检测的各项技术的复杂程度和成本大幅降低,促进了光纤光斑检测在传感以及光谱分析等研究领域的发展。针对目前模式分析领域解析法对波导结构要求严格,而数值分析方法普遍存在着计算精度和计算量之间矛盾的问题,本文提出了基于多模光纤光斑检测技术的波导模式分析方法,并且针对基于光纤光斑检测的光谱分析技术中光纤长度与光谱重建性能之间的矛盾,提出了两种基于改进光纤结构的光谱分析方案。主要的工作内容如下:1、对光斑检测的耦合及多模干涉理论进行了理论分析,并总结归纳了现有的光斑图样处理算法,包括基于光强和基于图像内容的算法。2、针对单模-阶跃多模光纤结构中模式激励情况与光纤轴心偏移程度的关系进行了理论计算,并利用光束传播法获得了多模光纤端面处的光斑图样。将灰度共生矩阵图像处理技术引入光斑图样处理,详细分析了该结构在不同偏心熔接时的端面光斑与图像特征值的关系,得到了激发模式数量和灰度共生矩阵特征值能量、一致性、熵之间的近似线性关系,并在实验环境下进行了验证。之后将此结论应用于分析D型多模光纤的模式激发情况。在常用复杂数值计算方法外,为定性研究光纤内模式激励情况提供了 一种新的分析方法。3、对基于多模光纤光斑分析的光谱仪的原理进行了分析,实现了利用光斑检测在噪声环境下重建光源信号的算法,并基于光谱相关宽度实现了光谱分辨率的计算。采用偏芯熔接的单模-阶跃多模光纤结构及单模-D型多模-多模光纤结构取代原有的对芯熔接结构,对该类型光谱仪进行了改进。对改进前后的光谱分析性能进行了比较分析,通过仿真综合比较了光谱重建误差、半波全宽、宽带信号重建三个性能因子,验证了改进后的方案在光谱重建性能上优于原有的结构。