光纤陀螺寻北启动误差是启动过程温度剧烈变化导致的光纤陀螺零偏漂移产生的误差，表现为冷启动时寻北误差较稳定段时明显增大，事实上延长了有效寻北时间。通过对光纤陀螺温度漂移影响因素的分析，利用经验模态分解、ARMA建模与Kalman滤波建立多参量线性模型，实现了一种应用于光纤陀螺寻北的温度漂移补偿方法，实验结果表明，该方法可以将寻北启动误差降低近80%，使得冷启动时寻北精度与稳定段相当并缩短了有效寻北时间。

在光阱实际测量中, 过程噪声以及光电测量噪声严重影响微球位移实时探测的灵敏度, 针对这一问题, 提出基于卡尔曼滤波的方法对微球位移进行探测.将光阱中微球运动的谐振子模型改写 成卡尔曼滤波的状态转移矩阵形式, 获得具有高灵敏度和高信噪比的微球位移信号.仿真结果表明: 1 MHz的采样频率下, 101 kPa气压下滤波后的真空光阱微球位移的探测均方根误差从1 nm降到 0.27 nm.实验结果表明, 在293 K、101 kPa气压下对实测的微球位移信号进行滤波, 探测均方根误差从2.8 nm降到1.1 nm; 其他参数不变, 在1 Pa气压下均方根误差从5.2 nm降到2.1 nm.该方法可 应用于高真空下光阱微球质心运动的激光冷却反馈方案.

提出了磁场和温度场共同作用下光纤陀螺产生磁温耦合效应的理论, 建立了相应的数学模型, 并对该模型进行仿真分析和实验验证.理论、仿真和实验结果表明, 光纤陀螺产生的磁温交叉耦合度来自于磁场产生的非互易圆双折射、不同温度下光纤环上热应力导致的双折射、光纤固有双折射、弯曲双折射等的相互作用.在20℃~60℃的范围内, 保偏光纤直径为250 μm, 拍长为3 mm, 光纤长度为1 600 m, 光纤扭转率为1 rad/m, 光源波长为1 550 nm, 1 mT径向磁场产生的磁温交叉耦合度的最大值为6.796％.

光学显微成像中,光学物镜、电子成像等对显微图像质量的影响较大,容易形成退化,导致获取的显微图像细节不够清晰。结合数码显微成像的具体需求,提出一种后处理细节增强处理方法。分析了数码显微成像系统的退化过程,强调了光学退化等带来的模糊细节的效应。一方面,利用尺寸变化的双窗口,可以框定凸显不同尺寸的细节信息,实现局部信息的分析;另一方面,利用局部窗口内极大值与极小值分析,并与原图信息比对以获取细节图像。两者综合,最终实现细节的增强。测试实验表明,该方法能够很好地适用于数码显微成像系统,运行速度快,增强效果好。以视觉清晰度指标、灰度平均梯度与拉普拉斯算子和指标作衡量,增强后评价指标提升的平均百分比分别为20.9%、71.2%与81.8%。

研究了与光纤线圈敏感轴平行的轴向磁场作用下保偏光纤陀螺的漂移特性, 建立了保偏光纤陀螺产生的非互易相位差与入射光偏振态关系的数学模型, 并对该模型进行了实验验证.结果表明: 轴向磁场对保偏光纤陀螺产生的非互易相位差源于光纤线圈内光纤的弯曲, 且与线圈中光纤扭转分布具有密切关系, 即当线圈绕制完毕, 光纤扭转分布固定时, 对应的保偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度不变；保偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度与射入光纤线圈内光的偏振态密切相关, 通过改变入射偏振光的入射角, 可在0~5°/h/mT范围内改变典型保偏光纤陀螺的轴向磁场灵敏度.

为得到与主观评价一致的衡量方法, 结合视觉注意机制与边缘展宽衡量, 提出一种显微图像清晰度评价指标.根据不同空间位置的像素灰度差距特征, 计算视觉注意索引图来模拟人眼视觉系统观察景物的特性, 从而赋予不同区域与像素不同的权重, 通过分割实现对潜在对焦区域的提取.利用边缘展宽方法衡量这些区域, 以水平与竖直方向的平均边缘展宽作为最后的清晰度指标.设计主观实验与客观实验, 并与其他客观方法对比, 结果表明该方法能有效克服现有方法的缺陷, 解决显微图像清晰度评价中的关键问题, 实现与主观评价一致的显微图像客观评价.

设计了一种基于二维光子晶体的偏振滤波分束器.利用平面波展开法计算光子晶体带隙, 确定入射光波1 550 nm下获得单偏振光的微结构参数, 利用时域有限差分法对90°弯折缓冲层和分支冲击壁进行优化.分束器实质为在二维光子晶体阵列中引入缺陷而构成的波导, 利用光子带隙效应和线缺陷90°偏转将入射光中的TM偏振分量(或TE偏振)完全过滤, 得到单偏振光, 最后通过Y型分支实现1∶1的单偏振光分光输出.仿真结果表明总输出/输入功率比达到68%.

提出了与陀螺敏感环平面垂直的正交磁场作用下保偏光纤(PMF)陀螺产生非互易相位差(NPD)的理论，建立了相应的数学模型，并对该模型进行仿真分析和实验验证。正交磁致非互易相位差源于光纤的弯曲，与光纤环的直径、光纤直径、光纤长度及正交磁场大小等参数密切相关。理论、仿真和实验结果表明，光纤环尾纤与集成光学元件(IOC)尾纤0°熔接的保偏光纤陀螺的正交磁漂移在一定范围内随机分布，而45°熔接的保偏光纤陀螺的正交磁漂移比较稳定，其正交磁漂移与正交磁场大小呈线性关系。

提出了平行与铌酸锂波导方向的轴向磁场对其半波电压产生影响的机理:加在电极上的电场对其中传播的偏振光产生线双折射,而磁场产生圆双折射,两者作用的结果是使得半波电压随磁场而变化.由此导出了半波电压随外界磁场变化的数学模型.仿真和实验结果表明,对于平均波长为1.30μm,20T的磁场,铌酸锂的半波电压可以减小了2.13%.

为提高光纤陀螺准确度、实现工程化应用,分析了SLD光源内部的热结构,建立了全数字光源控制系统.测试结果表明:在变温环境下(-15℃～55℃),抑制了光源的"交越失真"现象,实现了光源平均波长波动0.014%,光功率波动0.4%的控制准确度.采用抑制交越失真控制的光源的FOG在全温度范围内的零偏稳定性从2.14°/h提高到0.21°/h.