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分布式光纤传感技术在油气输油管道、电力电网、飞机船舰等重要军民大型基础设施的安全监测领域有广泛应用前景，其体积小、抗辐射、抗腐蚀和抗电磁干扰性等特点引起了极大的关注。 本文首先介绍了基于受激布里渊散射（SBS）光纤传感技术的国内外研究背景及现状，阐述了其发展趋势。其次，对受激布里渊散射进行了深入的理论分析，给出了SBS耦合方程的详细推导，分析了温度与布里渊频移的关系，为解析出环境温度提供了理论依据。 其次，为了优化设计基于光学差分参量放大的布里渊光时域分析泵浦脉冲编码形式以及斯托克斯光与反斯托克斯光脉宽差，采用微扰法和小信号近似法获得了探测光与斯托克斯光脉冲、反斯托克斯光脉冲在较小作用区域内的脉冲响应，对其性能进行了理论分析与数值验证，结果表明：π相位斯托克斯光脉冲可有效压缩布里渊增益谱宽、提高布里渊信号信噪比；当斯托克斯光与反斯托克斯光传感脉冲脉宽差为8ns时，探测光布里渊增益最大。这一结果对进一步分析基于光学差分参量放大的布里渊光时域分析系统性能以及开展相关实验研究是有帮助的。 然后，为研究拉曼泵浦源相对强度噪声（RIN）和布里渊慢光对基于分布式拉曼放大的远距离布里渊时域分析仪（BOTDA）的负面影响，分别采用解析法和数值法分析了传感光纤中拉曼泵浦光、布里渊泵浦光和探测光相互作用的振幅耦合模型。对拉曼泵浦源RIN传递的研究表明，RIN强度每增加1dB，检测信号信噪比降低约1dB；当RIN值小于-135dB时，其影响可忽略不计。对布里渊慢光的研究表明，分布式拉曼放大补偿光波线性衰减的同时，增加了由布里渊慢光延迟导致的光学时域反射定位误差。该定位误差使不同扫描频率获取的检测信号时间迹上同一时刻点对应不同的传感光纤空间位置，影响了布里渊谱的三维重构及其布里渊频移的准确提取。 最后，为使BOTDA系统紧凑、避免使用昂贵和笨重的微波源，本文根据理论设计了一种基于布里渊光纤激光器和自外差检测的BOTDA系统。