随着“互联网+”、5G技术的提出和发展以及人工智能、大数据、云计算为代表的新一代信息技术快速崛起,使得网络带宽的需求量急剧增长。以单模光纤为传输媒介的通信网络容量已趋于其非线性香农极限,已经无法满足人们与日俱增的容量需求。为突破传统通信网络的容量瓶颈,基于少模光纤的模分复用系统以成倍增加传输容量的优势成为最具发展前景及竞争力的扩容方案,备受广大研究学者关注。因此,基于少模光纤的模分复用光网络在传输性能的监测方面将会面临着全新的挑战。目前,光纤故障检测技术仅针对于单模光纤,然而少模光纤具有多个传输模式,各个模式具有独特的传输特性且彼此之间相互作用,使得少模光纤和单模光纤在故障检测方面具有一定的差异性。为保证基于少模光纤的模分复用光网络的稳定可靠运行,研究少模光纤链路的故障定位技术是一项十分重要的工作。对于实现少模光纤链路的简单、精确、快速的故障监测和维护系统传输性能方面具有重要意义。本文主要针对少模光纤链路各空间模式的故障检测问题,在理论分析少模光纤的背向瑞利散射模型和故障损耗特性的基础上,对少模光纤的熔接点损耗特性以及各空间模式的检测灵敏度变化情况进行了实验测量,对少模光纤故障检测及定位方法的可行性进行深入研究。本文具体研究工作如下:首先,基于麦克斯韦方程组推导出少模光纤的基本模式理论,并利用洛伦兹互易定理证明空间模式彼此之间的相互正交性。并在此基础上对少模光纤中的背向瑞利散射测量原理进行了详细的阐述。对少模光纤的反射和非反射故障事件进行简要介绍。其次,对基模和高阶模式在熔接点处的耦合损耗进行理论仿真分析;依据背向瑞利散射理论模型搭建了少模光纤故障检测实验系统。以基模作为激发模,测量了六模阶跃和渐变光纤各空间模式的熔接损耗特性,并评估每个空间模式的检测灵敏度。实验结果表明仅根据基模的故障损耗特性作为少模光纤故障事件的检测准则是不可行的,高阶模更易于实现少模光纤故障事件表征,其故障检测灵敏度更高。接下来,为进一步探究不同空间模式激发时的检测灵敏度变化情况,我们以高阶模作为激发模,对少模光纤各空间模式的故障检测灵敏度进行实验研究。结果表明,当激发高阶模式时,LP₀₁,LP_11a,LP_11b,LP_21a和LP_21b模式的检测灵敏度略有提高,而LP₀₂模式的检测灵敏度有轻微下降趋势。但高阶模式仍具有较高的检测灵敏度。其中,考虑非激发模的耦合功率过小带来的检测灵敏度的影响,我们对激发模的故障检测灵敏度问题进一步探讨分析,结果表明,激发模式的故障损耗幅值随着模式阶数的升高逐渐增加,高阶模式的检测灵敏度明显高于基模。然后,针对高阶模式背向瑞利散射光具有较高的故障检测灵敏度这一特性,提出利用高阶模来实现少模光纤损耗事件的综合评估及准确定位。于是,对包含多个不同熔接质量故障点的9.2km六模光纤进行故障检测,并将每个模式的检测结果进行比较分析。结果表明,高阶模可成功检测出所有故障点,可实现对不同故障幅值损耗事件的准确表征。其中,LP₀₂模式成功检测所有故障点,分别位于光纤的2.002km、4.004km、4.192km及8.196km处,而基模只能检测出一个故障点,位于光纤的4.201km处。最后为进一步减小固有噪声对背向瑞利散射信号的故障检测精度的影响,提出利用卡尔曼滤波来提高故障检测精度的优化方案。有效的实现每个空间模式背向瑞利散射信号的滤波处理,成功检测出之前尚未检测出来的故障点。该方法具有较好的降噪效果,一定程度上提高了检测精度,降低故障识别的难度。为基于高阶模式背向瑞利散射的少模光纤故障检测方法的准确、快速定位提供强有力保障。