偏振态的高速检测是当今光纤通信领域中的一个迫切需要解决的课题,它在相干光通信的偏振态补偿、偏振复用、偏振编码通信、偏振模色散的测量与补偿等方面都有重要的应用。同时,高速偏振态检测技术还可以应用于光纤传感领域,利用该技术实现的POTDR可以提高检测的精度、分辨率与实时性,并可以测量PMD沿长度的分布,这有助于改进光纤以及链路的PMD性能,以便克服40Gb/s以上高速系统的PMD限制。论文主要研究了光纤及器件中的偏振效应,高速检测光纤偏振态的方法,以及基于高速偏振态检测技术的POTDR系统,并进一步将其应用于PMD沿长度分布的测量。论文的研究工作对于推进40Gb/s以上高速光纤通信和偏振敏感的分布式光纤传感技术都有着重要的意义。论文的创新成果主要有：1.推导出了一种新的在单光频条件下,光纤或光波导中的偏振相关相移(双折射)、偏振相关增益(损耗)、偏振模式耦合三种效应同时作用时的Mueller传输矩阵,提出了相关的计算方法并进行了仿真。依据仿真结果观察到一种可看作是长距离二向色性的偏振态旋转收缩的新现象；2.提出了一种基于在线偏振控制器、光纤偏振分束器与差分检测的高速偏振态检测方法并搭建了实验系统,同时提出了一种使用低速偏振分析仪来标定高速偏振态检测系统的新方法,并进行了理论分析,证明了在理想条件下存在多组满足定标要求的偏振控制器的角度组合。测量系统对数字光信号的偏振态测量速率达到了500Mbps；3.提出了一种基于高速偏振态检测技术的POTDR系统,可直接测得背向散射光的3个Stokes参量各自的时域波形,同时提出了一种计算双折射矢量沿光纤长度分布的新算法——三点法,首次实现了单模光纤中一阶和二阶本地双折射矢量(大小与方向)分布的测量。对比二者的测量结果,显示出二阶双折射矢量分布的数据能够为光纤传感技术提供比一阶双折射更多的信息和更高的信噪比；4.依据偏振模色散矢量Ω与双折射矢量β的动态方程,提出了一种基于Ω缓变近似((?)2Ω/(?zz≈0)求解动态方程的新方法。以可调谐光源和基于高速偏振态检测技术的POTDR系统为基础,提出了一种基于多个波长下双折射矢量分布的光纤PMD矢量(大小与方向)沿长度分布的计算方法。首次实现了光纤本地偏振模色散矢量沿长度的分布的测量,检测出了光纤中PMD值异常的位置和大小,该技术经工程化后可用于光缆中的PMD矢量的监测。