以单束正交线偏振光为光源, 利用角向偏振显示器, 采用CCD摄像机进行图像采集, 利用Matlab软件进行图像处理, 设计了一种由He-Ne激光器、角向偏振显示器组成的偏振光偏振方向显示系统, 并研究了其角度特性.实验结果表明：系统在起偏器的起偏角分别为0°、90°、180°、270°、360°时, 角向偏振显示器偏振显示角度的测量准确度分别为0.480°、0.168°、0.528°、0.421°、0.340°, 测量精确度分别为0.208°、0.576°、0.660°、0.603°、0.466°, 测量数据拟合曲线的线性相关系数为0.999.结合1/4波片, 检偏器和分光比为50:50的分束器, 构建了椭圆偏振光测量系统, 完成了椭圆偏振光测量实验, 椭圆率为0.198.

现有的傅里叶变换红外光谱仪无法实现六硝基芪的光谱定量分析, 而作为常见单体猛炸药而言, 能够快速识别并定量分析其含量具有重要意义, 故研究设计了一种基于THz光谱技术的HNS检测系统。 系统采用透射式吸收光谱计算模式。 光路中引入电光调制模块, 实现稳定快速的光程静态扫描。 在实验获取HNS特征吸收峰位置的基础上, 结合空气在此波段的吸收特性, 获得了光谱数据相关系数表达式, 并由此确定了多特征波长选择依据。 结合比尔-朗伯定律, 给出了HNS含量的函数表达式及其系数公式。 实验通过化学配置法得到不同HNS含量的样品粉末, 并以此含量作为标准值。 将不同含量的多组HNS样品粉末进行压片处理, 分别采用太赫兹光谱仪和本系统进行HNS含量检测。 实验结果可知, HNS含量在0.10%～50.00%范围内两种检测方法效果相近, 与标准值误差均低于5.0%, 且本系统具有更好的线性度。

以单束正交线偏振光为光源，利用索列尔-巴比涅相位补偿器使相位连续变化，采用锁相放大器进行数据采集，设计了一种由光纤耦合输出的窄频半导体激光器和双声光调制器组成的共线外差干涉系统，对其相位特性进行了研究，分析了激光束漂移及光源谱线宽度对相位测量的影响.实验表明：系统的相位分辨率为0.3611 μm，相位灵敏度为27.386°/mm，测量误差为0.090 rad；可以消除由声光调制器光强调制引起的相位误差，抑制激光束漂移引起的误差，以及减弱环境因素产生的噪声对测量结果的影响.

为削弱引射系统尾气对光传输的影响，依据将尾气排放到光传输区域以外的设计思路，运用数值模拟的方法，对引射系统排气管道内的流场特性及尾气射流影响区域开展了研究。通过对直管道以及弯管道内流场特性的数值分析和比较，给出了一种排气管道的结构设计方式。在给定系统出口速度的情况下，运用多组分输运模型，分别对无自然风和有侧向自然风状态下的尾气影响范围进行了分析，初步确定了尾气射流排出系统后的影响区域，并依据尾气影响区域，对管道长度及布置方式进行了研究。

借助现有的流体力学分析软件，运用用户自定义函数的方式，建立了一套完整的光场流场耦合相互作用仿真模型。针对一种特殊的激光内传输通道，对光场流场耦合相互作用的气体热效应问题进行了仿真计算。仿真结果表明:通道内气体速度分布是非常不均匀的，但在无激光加热时，气体密度基本保持均匀分布；将激光加热效应引入到流场以后，气体密度分布会发生明显变化；激光加热引起的气体非均匀密度分布使得激光通过传输通道后，产生双鱼眼型结构的光场相位分布。

保持光传输通道内单一均匀的低吸收系数气体，对削弱内通道中的气体热效应有重要意义。采用气帘作为封装设备，对气帘的结构进行了设计。取气帘入口气体为氮气，出口气体为空气，借助现有计算流体力学软件FLUENT提供的组分输运模型，对气帘进行了数值模拟。结果表明，气帘入口段形成的平面射流可以阻挡外界空气的回流；在氮气与氧气相混合的区域内，尽管气体密度存在一定起伏，但气体密度变化的梯度方向与光传输方向基本是平行的，这种密度起伏只会对光场相位的活塞项产生影响，不会影响激光的远距离传输。最后，对气帘的性能进行了实验测试，实验结果表明，设计的气帘能够对管道内的气体进行密封，并避免了较大光程差的引入。

激光非均匀加热效应严重影响着激光能量的远距离传输。对于矩形平顶光束，在有轴向流存在的情况下，采用光束旋转的方式，借助商用的计算流体力学（CFD）软件Fluent，对激光在内通道中传输的气体热效应问题进行了仿真分析。仿真结果表明，激光束在横截面内的旋转，并不改变光场与气体耦合热效应到达稳态的时间。但是光束旋转效应使得光强非均匀分布带来的二阶像散项基本消失，光程差中只包含沿光轴方向对称的离焦项和球差项。而离焦项是便于校正的，因此光束旋转能够改善激光在内通道中的传输特性。

对内通道中的热晕效应问题，完整求解流场与光场的能量耦合方程是一个非常有意义而又亟待解决的研究课题。借助流体力学模拟软件Fluent，通过解耦求解光传输方程和流体力学方程的方法，建立了较为完整的流场与光场耦合相互作用仿真平台。编写用户自定义函数，完成初始流场参数的读取，并进行光传输计算；将计算得到的光能以能量源项的形式添加到流场能量方程中去；借助现有的流场分析软件Fluent，对流场方程进行求解，并转入下一时间步的计算。对横截面为圆形的直管道结构，理论近似计算得到的结果与数值仿真平台计算得到的结果基本一致。

为了实现对室内微量有毒气体实时监测, 提高基于特征光谱检测方法的测量精度, 提出了特征波长过滤窗的方法。 将高浓度的待测气体作过滤窗, 标准空气作参考窗, 气室充待测浓度的待测气体, 采用组合测量得到的多组光谱进行差分、 相关等数据处理求解气室中待测气体的浓度。 实验显示, 采用WQF-520-FTIR型红外光谱仪得到癸二酸二丙脂红外吸收谱线主要有四条： 3 385.26, 3 417.64, 5 797.11和8 561.65 nm, 分别对应的吸光度为1.520 0, 1.542 1, 2.431 8和1.352 6。 对应的可检测的最小含量为50×10-9, 而采用特征波长过滤窗的方法波长位置可实现10-4 nm量级的对准, 在确定待测气体含量量级的条件下, 可检测的最小含量为5×10-9, 灵敏度提高约10倍。 该方法具有高灵敏度、 无中毒、 可实时检测等优点。

运用高斯光束展开的方法,分析圆对称平顶光束在大气传输中的热晕及其非等晕效应。通过对热晕及非等晕效应引起的波前畸变作泽尼克多项式展开,得到了各阶泽尼克系数,进而求得热晕校正残差,数值计算得到的热晕拟合校正残差与现有理论公式得到的结果基本一致。对非等晕效应的数值模拟结果表明:在热畸变参数较小,且给定口径尺寸的情况下,热晕角度非等晕校正残差与非等晕角θ的平方成正比,热晕聚焦非等晕校正残差与信标高度的1.71次幂成反比。