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随着光电子技术和光纤传感技术的日趋成熟，以光纤水听器为典型代表的干涉型光纤传感系统在潜艇探测、石油天然气储层勘探和地震监测等领域取得了广泛应用。近年来，随着掺铒光纤放大技术和光纤拉曼放大技术的进步，干涉型光纤传感系统朝着远程化方向发展，在增大传感距离的同时不可避免的加剧了光纤中的非线性效应。前人对非线性效应的研究主要针对光纤通信系统或者效应本身，而鲜有基于干涉型光纤传感系统的非线性效应研究。与光纤通信系统以误码率为主要研究对象不同，干涉型光纤传感系统最为关注的是相位噪声特性，因为它决定了系统的探测灵敏度，而包括受激布里渊散射（SBS）、四波混频（FWM）、调制不稳定性（MI）、自相位调制（SPM）和交叉相位调制（XPM）在内的各种非线性效应都会引入相位噪声，导致系统性能的严重下降，因此各种非线性效应的影响及抑制是发展远程干涉型光纤传感系统的关键技术。论文在介绍远程干涉型光纤传感系统基本结构和基本原理的基础上，首次对考虑各种非线性效应的远程干涉型光纤传感系统的相位噪声结构进行了详细分析，得出系统相位噪声有两个来源：强度噪声转化的相位噪声和激光线宽引入的相位噪声，分别源于光强的起伏和光频的抖动。前者又称为GM噪声，其线性部分可由SBS和FWM引入，而非线性部分源于光克尔效应，即由SPM和XPM引入。SBS、FWM和MI还可引起线宽展宽，导致相位噪声的增加。系统相位噪声结构的提出为远程干涉型光纤传感系统的设计和应用提供了重要指导。利用SBS的定域起伏模型研究前向输出光和后向散射光的强度噪声，对于前向输出光，强度噪声开始时很小，达到SBS阈值后迅速增大，然后逐渐趋于稳定；对于后向散射光，超过SBS阈值后，强度噪声呈减小趋势，且减小速度由快变慢，最终趋于稳定，这与实测的前后向强度噪声变化趋势是一致的。实测了前向输出光的相位噪声，显示与相应的强度噪声变化趋势一致，验证了相位噪声可由强度噪声转化而来的结论；同时通过测量SBS发生前后的线宽变化，证实了SBS可引起线宽展宽从而引入相位噪声的结论。采用光频调制和相位调制抑制SBS，前者抑制效果有限，而后者可将SBS阈值提高7dB。但相位调制基于激光线宽展宽，在抑制SBS及其引入的相位噪声的同时，会引入与线宽相关的相位噪声，故实际应用中要综合考虑SBS抑制作用和激光线宽展宽作用，以实测相位噪声最小为标准寻找二者的最佳平衡，该结论是前人研究中未曾涉及的。此外，研究了SBS对分布式光纤拉曼放大器的影响，并用SBS慢光技术测得布里渊增益带宽为50MHz。数值模拟了FWM效率及强度噪声与信道间隔和光纤长度的关系，并利用FWM准相位匹配条件进行解释。以双波传输为例实测了FWM引入的强度噪声，发现由FWM新产生光与原信道光之间能量交换不稳导致的强度噪声可以忽略，对强度噪声影响最大的是SBS而非FWM。以三波传输和四波传输为例实测了FWM引入的相位噪声，发现FWM对相位噪声的影响可以忽略，这是由于信道不完全等间隔导致新产生光与原信道光之间存在拍频，且大于干涉型光纤传感系统中所用窄带光探测器的带宽，从而滤除了拍频噪声，并基于此提出利用窄带光探测器抑制FWM引入的相位噪声，这也是前人没有讨论过的。此外，利用泵浦回波技术研究了FWM和SBS结合的特殊情形并从FWM相位匹配的角度进行解释。阐述了产生MI的三种物理机制，并从光纤中脉冲传输的非线性薛定谔方程出发对MI进行了数值模拟。在掺铒光纤放大器产生的宽带放大自发辐射光背景上观察了自发MI和感应MI。研究了MI阈值与输入光谱和光纤长度的关系，发现宽带光谱比单频光谱的MI阈值要高，且MI阈值与有效光纤长度成反比。分析了MI与SBS的不同，即MI对脉冲峰值功率响应而SBS对平均功率响应，这是由于MI的响应时间仅为10fs而SBS的响应时间达10ns。考虑到MI发生后会引入大量相位噪声，利用脉冲峰值功率控制和窄带光纤光栅滤波的方法抑制MI。研究了MI与FWM结合的调制不稳定性共振现象并从FWM相位匹配的角度进行解释，首次提出了一种FWM边带的选择方法，该方法基于连续光信道和脉冲光信道的同时使用。从光放大链光纤段数、输入功率、光纤长度和信道数目四个方面，详细阐述了各种非线性效应对系统性能的影响。对于超过50km的远程传输，当输入平均功率大于4mW时，要考虑SBS对系统的影响；当输入峰值功率大于110mW时，要考虑MI对系统的影响；当信道数目多于20时，要考虑XPM对系统的影响；由于干涉型光纤传感系统的窄带探测特性，无需考虑FWM对系统的影响。利用SBS阈值和MI阈值，综合考虑系统时分复用效率和传输距离等因素，对所用脉冲占空比进行优化。当系统中采用相位调制器抑制SBS时，对于50km传输光纤和25MHz调制频率，输入功率为3mW至5mW、6mW至10mW、12mW至14mW时对应的最佳调制度分别为0.57π、0.71π和0.86π。上述结论为远程干涉型光纤传感系统实际应用时的参数选择提供了重要依据。