受激布里渊散射是光纤中主要的非线性效应之一,基于受激布里渊散射能量转移和相位改变的矢量特性,其在光纤传感和微波光子信号处理领域得到广泛的应用。矢量受激布里渊散射相关特性对基于矢量受激布里渊散射的应用系统的设计与实现至关重要,但目前尚无对其全面研究的报道。为了充分、灵活地利用矢量受激布里渊散射特性,有必要对其进行全面的研究。为此,本文对矢量受激布里渊散射特性及其相关应用进行了全面、深入的理论与实验研究,主要内容及成果如下:1.理论分析和实验研究了基于受激布里渊散射的布里渊光时域分析系统性能优化的关键技术。对布里渊光时域分析系统的偏振特性进行理论分析,实验证明了扰偏器对系统偏振噪声的降低和布里渊频移测量准确度的提高;对布里渊光时域分析系统的功率特性进行理论和实验分析,得到系统的功率优化策略;对多波长布里渊光时域分析系统进行理论分析,实验证明了多波长光信号的引入对系统信噪比和布里渊频移测量准确度的提高;实验证明了自外差检测方案的引入和扰偏器位置的选择对系统信噪比的提高和性能的优化。2.理论分析和实验研究了矢量受激布里渊散射特性。建立了矢量受激布里渊散射数学模型,设计并搭建了基于外差泵浦-探测技术的实验系统,对矢量受激布里渊散射响应谱进行了入射光功率、光纤作用长度和光源谱宽依赖特性的理论分析和实验测量,得到了矢量受激布里渊散射响应谱与入射泵浦光功率、光纤作用长度和光源谱宽的线性依赖关系以及探测光对矢量受激布里渊散射响应谱的影响;分析了光纤中色散和多种非线性效应对矢量受激布里渊散射相移谱的影响;采用基于泵浦-探测技术的实验系统测量了双端入射增益型和损耗型受激布里渊散射阈值,提出了宽功率范围的基于拐点法的增益型受激布里渊散射阈值定义方法和基于最小值法的损耗型受激布里渊散射阈值定义方法,并研究了探测光对双端入射受激布里渊散射阈值的影响,比较了两种机理下双端入射受激布里渊散射阈值对矢量受激布里渊散射响应谱的影响。矢量受激布里渊散射特性的研究为基于矢量受激布里渊散射的应用提供了理论基础。3.提出了一种可应用于布里渊光纤传感系统的基于损耗型矢量受激布里渊散射相移谱的温度或应变测量技术,搭建实验系统,实现了光纤温度、应变测量,证明了通过测量相移谱获得的布里渊频移与通过测量幅度谱获得的布里渊频移基本一致,且均与温度、应变呈线性关系;提出了一种可应用于布里渊光纤传感系统的基于双边带矢量受激布里渊散射相移谱的高精度温度或应变测量技术,搭建实验系统,实现了光纤温度、应变测量,证明了采用该技术的系统中布里渊频移与温度、应变具有线性关系,且其温度、应变测量精度相对于单边带系统中的测量精度提高了一倍;提出了一种快速宽范围温度或应变测量技术,搭建实验系统,实现了光纤温度的快速宽范围测量。4.提出了一种基于时域和谱域整形的脉冲预泵浦瑞利布里渊光时域分析传感技术,设计了脉冲预泵浦瑞利布里渊光时域分析传感系统;建立了阶梯脉冲光的数学模型;分别利用瞬态法解析稳态SBS耦合波方程和微扰法解析瞬态SBS耦合波方程建立了脉冲预泵浦瑞利布里渊光时域分析系统数学模型。