内差探测不仅兼具零差探测带宽低和外差探测不需要锁相环的优势,而且也可以解调得到本振光和信号光干涉后中频信号的全部信息。理论上,内差探测的极限灵敏度可以达到单光子级别,所以内差探测适用于相干光通信及雷达探测等微弱光检测领域。本论文提出了一种基于正交相位检测的脉冲内差相干探测方法,中频信号的频率大小由激光器频漂决定,结构简单,可实现高灵敏度探测。本文的研究重点是开展高灵敏度脉冲内差相干探测方法的研究,通过分析影响内差相干探测系统的因素,进而优化结构来提高系统灵敏度,并将内差相干探测系统应用于基于相干光时域反射计的振动监测上。本文的主要研究内容有:1.论文建立了内差相干探测理论分析模型。首先,对相干探测系统存在的噪声及内差信号解调方法进行了理论推导,分析了内差探测和外差探测的探测灵敏度。理论上,内差探测的极限灵敏度可以达到-95 d Bm（单光子级别）,高于外差探测。其次,在光学仿真软件上测试了不同因子对内差相干探测系统信噪比的影响。最后,还搭建了基于偏振分集接收的内差探测仿真系统,该接收方法可有效减小信号光的损耗,提高系统的探测信噪比。2.论文完成了脉冲内差相干探测系统和脉冲外差相干探测系统的实验搭建。内差探测系统采用脉冲信号光源和正交相位检测方法,可以显著提高系统接收信噪比和灵敏度。完成了对系统光路和电路的设计及检测,验证了脉冲内差探测的高灵敏度,灵敏度可以达到-88.14 d Bm（5个光子）,比脉冲外差探测高了8.46 d B。实验还验证了激光线宽和本振光功率对内差探测灵敏度的影响。线宽越窄,系统灵敏度越高。同时实验也获得了内差相干探测和外差相干探测的最佳本振光功率值。3.论文基于脉冲内差探测方法,搭建了基于相干光时域反射计的振动监测及定位系统,并对散射回波信号的传播机理及振动监测原理展开了研究。相比于传统的外差探测方法,热噪声小,探测灵敏度高。通过对IQ两路正交信号取平方和解调得到振动信号的强度和位置信息。并用数字式平均法对微弱回波信号进行处理,可有效定位3 km、12.5 km和15.5 km处的振动,定位距离越远,定位精度越差。当信号脉宽为200 ns、振动距离为12.5 km时,空间分辨率为18.5 m。且信噪比降为13.5 d B时,探测灵敏度为-84.32 d Bm,探测距离可达18 km。最后,实验也证明了不同类型的振动信号定位误差相同。