受激布里渊散射(Stimulated Brillouin scattering，SBS)是一种光学非线性效应，在窄带光学滤波、分布式传感、微波光子学、激光器制造、快慢光等领域有着广泛的应用。其增益谱特性如增益峰个数、增益大小、频带宽度和偏振稳定性等直接影响上述应用系统的性能。本论文针对集总式窄带光学滤波和分布式温度应变传感两个应用领域围绕光纤中SBS增益谱操控方法展开了研究工作，主要内容包括：
　　(1)研究了SBS效应的物理过程，基于声模与光模的本征值方程和SBS效应的耦合振幅方程组，分析了影响声模光模激励与耦合以及泵浦光、斯托克斯光和声波之间互作用效果的主要因素，推导了连续波泵浦和脉冲泵浦条件下SBS耦合振幅方程组的具体表达形式，并给出了对应的数值求解方法。
　　(2)针对集总式窄带光学滤波应用需求，给出了一种单峰、窄带宽、高增益的SBS增益谱操控方法，仿真分析了光纤掺杂浓度、几何尺寸、长度及泵浦光功率、信号光功率等参数对其性能的影响。设计了分功率型马赫泽德干涉仪型的泵浦频域消偏结构，仿真分析了延时光纤长度、上下支路功率差等参数对该结构输出端泵浦光偏振度的影响。在此基础上，构成了基于SBS效应的偏振无关窄带光学滤波器(Narrow-band optical filter，NBOF)，有望在输入信号光功率和偏振态发生变化时保持良好的窄带滤波特性。
　　(3)实验研究了SBS-NBOF的具体性能，结果表明：该滤波器-3dB带宽约10MHz，隔离度最高可达60dB。使用泵浦频域消偏技术后，SBS-NBOF的偏振相关增益可以由大于20dB降低至小于1dB。搭建了以可调谐偏振无关SBS-NBOF为核心的超高分辨率光谱分析系统。系统波长分辨率为0.1pm，比常规体光栅光谱仪提高了两个数量级，长时间测量稳定性优于0.5dB。
　　(4)针对分布式温度应变传感应用需求，给出了一种多峰SBS增益谱操控方法，仿真分析了温度和应变测量精度与光纤掺杂浓度、几何尺寸之间的变化关系。提出了一种延时正交泵浦偏振衰落抑制技术，讨论了偏振衰落对温度、应变测量精度的影响。在此基础上，提出了一种基于多声模/单光模光纤的分布式温度应变同时测量技术，有望在输入探测光偏振态发生变化时保持良好的温度应变测量精度。
　　(5)实验研究了基于多声模/单光模光纤的分布式温度应变同时测量系统的具体性能，结果表明：在标准单模光纤中激发的多声模可以形成具有多个布里渊增益峰的SBS增益谱，最佳的温度测量精度和应变测量精度可以达到0.98℃和19.6με。使用延时正交泵浦偏振衰落抑制技术后，增益沿位置波动的标准差由最大0.668%降低至最大0.055%，与已报道的偏振衰落抑制技术水平相当。在此基础上，与差分脉冲对布里渊光时域分析技术相结合，获得了cm量级的空间分辨率。搭建了基于多芯光纤与分布式应变传感系统的三维曲线重构实验平台，完成了对等距螺旋线重构的验证性实验。