光学双稳现象是光电子领域中的重要非线性光学现象。光学双稳态的研究及其取得的成果,已构成了现代光学一大主题。具有逻辑和存贮功能的光学双稳器件,是实现光开关、光限幅、光波长切换、光整形和光调制等功能的重要基础器件。光子晶体技术、光纤技术及微电子技术的迅速发展,有力地促进了新结构光学双稳器件的研发及其在光通信、光纤传感、光信号处理中的应用研究。本论文开展了全光纤结构电光混合型光学双稳性的研究,分别利用光纤光栅、光纤过耦合器、掺铒光纤自发辐射光放大(Amplified Spontaneous Emission,简称ASE)光源及非平衡马赫-曾德尔滤波器的非线性功率谱特性,实现了光学双稳运转。在此基础上,开展了光学双稳性在光纤传感、光波长切换、光功率稳定器等方面的应用研究。主要研究内容如下:利用光纤光栅的非线性反射功率谱特性,实现了电光混合型波长调制光学双稳运转,分别研究了在调变偏置电压、放大回路增益及输入光强三种情况下,光学双稳特征曲线与调变参数之间的变化关系。提出了基于光学双稳原理的光纤光栅传感解调方法,阐明了其解调机理。将传感光纤光栅作为光学双稳系统的非线性调制元件,搭建了相应的实验系统。利用调变偏置电压进行解调时,可实现为0.706 pm的解调分辨率;利用调变反馈回路放大回路增益进行解调时,可实现为0.332 pm的解调分辨率。提出了利用光纤过耦合器的非线性透射功率谱实现光学双稳态运转的新方法。利用熔融拉锥机制作了实验所需的过耦合器,并搭建了相应的实验系统。由于光纤过耦合器的透射功率谱具有较好的周期性,所以利用光纤过耦合器构成的光学双稳系统可以方便地实现光学多稳运转。利用这一特性,我们提出了基于光学多稳原理的光波长切换方法。实验中利用调变偏置电压,实现了光学双稳运转。实验结果与理论分析相符。提出了利用ASE光源在1525 nm~1535 nm波段的非线性功率谱实现光学双稳运转的方法。分别对三种不同的双稳运转方式进行了相关的理论分析和实验研究,实验结果与模拟计算相符。在分析了各种运转方式下双稳曲线与调变参量间变化关系的基础上,探讨了采用双馈式光学双稳系统在1525 nm~1535 nm波段获得稳定光功率输出的方法,并验证了其有效性。利用非平衡马赫-曾德尔滤波器实现了光学双稳运转。提出利用非平衡马赫-曾德尔滤波器作为应力敏感元件,能够有效消除应变与温度交叉敏感问题,同时仍然具有波长编码的优点。实验上搭建了单通道、多通道传感系统,进行相关的实验研究,并对影响实验结果的因素进行了分析。