受激布里渊散射(SBS)在分布式光纤传感、光纤激光器、微波光子学等领域得到了广泛应用。本文概述了基于SBS的布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统的关键问题及研究进展;介绍了BOTDA系统涉及的关键器件;提出了三种基于频率梳分布式布里渊放大(DBA)泵浦的长距离BOTDA新结构及一种基于频率梳脉冲的高空间分辨相干BOTDA新结构,并系统研究了其传感特性。具体总结如下:(1)针对基于DBA的长距离BOTDA中,独立DBA泵浦源频率漂移对系统稳定性的影响,提出一种基于一阶DBA泵浦的BOTDA新结构,有效降低了频率漂移对传感稳定性的影响。验证了光脉冲编码(OPC)技术用于该系统的可行性;将频率梳技术应用于该系统以扩展脉冲增益谱,从而有效抑制了脉冲失真所致的测量误差;具体研究了暂态增益(TG)波动对传感性能的影响。研究表明:在脉宽较小的DBA-BOTDA系统中,若使用足够数量的频率梳,则可使出射脉冲形状趋于初始状态;频率梳数量、编码脉冲间隔和编码长度需进行一定的优化,才能使TG波动处于可接受的范围内以控制解码误差。相关研究内容以第一作者发表于《IEEE Photonics Technology Letters》。(2)提出一种基于二阶DBA泵浦的长距离BOTDA传感新方案。相比基于一阶DBA泵浦的BOTDA系统,可获取更平坦的增益分布,提高信噪比~3dB。并且对一阶DBA泵浦、二阶DBA泵浦和脉冲光的功率分布进行了数值模拟,实验测得的脉冲光功率分布与模拟结果吻合较好。最后在实验上利用仅~6dBm二阶泵浦及~1.5dBm一阶泵浦功率(比基于分布式拉曼放大(DRA)的长距离BOTDA系统所需泵浦功率降低两个数量级),高效实现了~99km传感距离、5m空间分辨率。相关研究内容以第二作者发表于《Optics Express》。(3)研究了基于频率梳DBA泵浦的相干BOTDA长距离传感特性。系统引入相干检测可一次性对多个探测频率梳同时解调,加快了数据采集速度;利用频率梳DBA泵浦本身作为探测光,可使脉冲仅受频率梳泵浦的宽带增益,从而避免了脉冲波形及功率的频移相关性,显著抑制了长距离传感的非局域效应。在实验上使用~1.5dBm的DBA泵浦和~10dBm的脉冲光实现了~74.2km的传感。(4)在频率梳DBA泵浦的相干BOTDA基础上,针对双边带(DSB)频率梳脉冲导致的非线性效应对布里渊增益谱(BGS)重构的影响,提出了仅利用其中一个脉冲边带的传感新结构。研究表明:在基于DSB的频率梳脉冲BOTDA系统中,过高峰值功率引起的边带间非线性作用会导致BGS分裂;使用其中一个边带可抑制该非线性效应对BGS重构的影响;该结构与相移脉冲(PSP)相结合可实现高空间分辨传感。实验上,在~592m的光纤上实现了空间分辨率为~60cm的传感。研究内容(3)、(4)以第二作者发表于《Optics Express》。