基于布里渊散射的分布式光纤传感系统是基于布里渊频移与温度和应变等环境变量所具有的线性关系来实现对目标区域的状态进行传感的技术。典型的技术方案包括布里渊光时域分析(BOTDA)和布里渊光时域反射(BOTDR)等技术方案。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术在桥梁、隧道、堤坝、地震预测、温度监控等领域有广泛的应用前景,是当前传感器领域的重要研究分支,对与结构健康和实时状态监测相关的工业生产也有着紧密的关系。在传统的基于布里渊散射的分布式光纤传感系统中,产生的斯托克斯光功率非常低,使得传感信号的信噪比较低,给信号的接收造成了巨大的困难。大部分光源能量蕴含在传感光纤透射光中。透射光中的这部分能量没有被分布式光纤传感系统所利用,造成了严重的能量浪费。另外,在BOTDA技术方案中,需要传感光纤的首尾两端设置输入光源,导致系统复杂度较高。针对在上述传统基于布里渊散射的分布式光纤传感系统方案中存在的传感信号功率低,信噪比低,系统结构复杂等问题,本论文做了以下研究工作:1.本论文首先对布里渊散射的形成原理和近年来基于布里渊散射的分布式光纤传感技术方面的研究成果做了调研和总结,简要介绍了布里渊散射的原理和基于布里渊散射的分布式光纤传感系统的工作原理。对于布里渊散射的调研和总结,首先阐述了布里渊散射的类型,和现象,然后从量子力学理论和波动光学理论的角度阐述了自发布里渊散射和受激布里渊散射的形成过程,并介绍基于波动光学的布里渊散射数学模型,以及分析了光纤中受激布里渊散射的阈值现象的产生原理和计算方法。在系统层面上,本论文介绍了近年来利用布里渊散射效应实现环境温度和应变传感的几种代表性方案,并对不同方案的技术特点进行了分析和比较。2.本论文在以普通单模光纤作为传感介质的基础上,主要提出了一种稳态布里渊光纤环结构,并根据其结构建立了描述输出斯托克斯光功率和入射光功率关系数学模型,并设计实验,通过实验所得数据证明稳态布里渊光纤环结构的高输出信号功率特性,对比了稳态布里渊光纤环结构和普通单模光纤在相同输入光功率下产生的散射光谱,以及分析了稳态布里渊光纤环结构对受激布里渊散射阈值的影响。所设计的稳态布里渊光纤环结构阈值相对开环状态下移,斯托克斯光功率提高。在10km单模光纤上,所设计的稳态布里渊光纤环阈值降低5.86 dB,斯托克斯光功率最高提升42.11 dB。本文提出的稳态布里渊光纤环结构对于在一定输入光功率下充分利用泵浦光的能量,提升输入和输出光能量的转化比例,减少系统能量的损失提供了可行的思路。3.根据稳态布里渊光纤环高输出功率的特性,本论文对稳态布里渊光纤环在分布式传感系统中的应用方式进行了研究,主要针对BOTDR和BOTDA系统,提出了利用稳态布里渊光纤环结构降低系统复杂度,提升传感信号功率的方法。一方面,本论文提出了稳态布里渊光纤环的单例工作模式,即在BOTDR系统中,利用稳态布里渊光纤环结构代替传感光纤,用来对目标区域的温度和应变进行传感,以充分利用输入光的能量,将其转化为输出端斯托克斯光的能量。另一方面,本论文提出了稳态布里渊光纤环的镜模式,即在BOTDA系统中,将稳态布里渊光纤环连接在传感光纤的尾端,用来代替BOTDA中的探针光产生模块,从而实现降低系统复杂度的目标。