随着信息技术的迅速发展，对声表面波器件的要求也进一步提高。为寻找性能更加优异的声表面波器件基底材料，本文利用分波解法对室温下［001］c及［011］c极化弛豫铁电0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的声表面波性能进行研究。利用［001］c及［011］c极化弛豫铁电0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的弹性、压电及介电性能参数，通过求解克里斯托弗方程计算了晶体声表面波相速度、机电耦合系数及能流角随传播角度的变换关系。结果表明，沿［011］c方向极化的0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶声表面波性能要优于沿［001］c极化的单晶。［011］c极化0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的声表面波机电耦合系数显著高于沿［001］c极化单晶。同时沿［011］c极化0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的声表面波能流角的最大值也明显小于［001］c极化单晶。因此，沿［011］c方向极化的0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶兼具优异的声表面波性能及温度稳定性，更适合于实际应用。

利用半波解法对三方相、四方相及准同型相界附近，沿c方向极化(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3晶体的声表面波传播特性进行了对比研究。结果表明，位于准同型相界附近的0.92Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.08PbTiO3晶体的声表面波性能明显优于三方相0.955Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.045PbTiO3和四方相0.88Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.12PbTiO3晶体。具有复杂工程畴结构的0.92Pb(Zn1/3Nb2/3)O3- 0.08PbTiO3晶体声表面波机电耦合系数显著高于四方相晶体。同时0.92Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.08PbTiO3晶体具有相对较小的声表面波相速度和能流角。因此，该晶体适合制作机电性能优越的声表面波器件。

为了准确测量远距离炸点平均高度, 采用了双线扫描 CCD成像的方法并建立了测量系统理论模型。首先采用了望远式成像光学系统对远距离炸点进行成像, 采用柱面镜进行成像变换; 采用 Zemax软件对成像光路进行了模拟, 模拟点列图结果表明了系统在物距为 20 m时, 能够在 5 m范围内有效测量炸点光的平均高度。最后, 采用曲线拟合的方法求出光斑中心位置并对测量系统进行了线性标定。经实验验证本测量系统可以在物距为 20 m处测量炸点的平均高度最高约为 3 m, 测量精度可以达到 1.95%。所设计的炸点平均高度测量系统满足了远距离、大范围的测量要求, 系统运行稳定、可靠, 采用双线阵 CCD的测量方法有效的消除了物距不能确定的影响。

在迈克耳孙式干涉光路的基础上结合高速摄像和采集系统，利用时域散斑干涉测量技术，实现了瞬态三维形变场的实时测量。物体发生形变时会产生一个时变的散斑干涉场，通过连续采集的散斑干涉图序列便可得到各个像素点的一维时域干涉信号，即光强随时间的变化关系。在利用经验模态分解对干涉信号进行降噪处理之后，借助于希尔伯特变换的相移作用完成信号相位的解调，并在时域中进行相位展开，最终通过逐点分析获得全场的相位分布。为了验证该方法的有效性，对由压电陶瓷驱动的瞬态离面形变进行了测量。结果表明，该方法可在1000 frame/s 的采集速度下实现动态形变的实时测量。与传统相移法相比，该方法结构简单，易于实现，在时间和空间上都具有较高的分辨率。

提出了一种二维点列式激光多普勒测量方法, 用于捕捉轨迹有一定波动范围的空间运动物体的速度信息。该方法使衍射光栅产生的多束相干光在空间某探测位置相交,从而形成一个结构可调的二维探测体阵列。当物体轨迹的波动量在二维阵列范围内时,系统即可以获得其速度信息。与扩展光束型的多普勒测速系统相比,该方法具有空间分辨率高及能量集中等优点,因此可以用于远距离探测。另外,对固体表面散射光的多普勒信号进行了分析及模拟。结果表明：测量结果与模拟结果相一致,且经频谱校正后的平均误差可以达到1.63%。该系统结构易于集成,调节方便,适用于轨迹有一定波动量的空间物体的速度测量。

为了扩大传统剪切散斑干涉仪的检测视场，设计了一种反远距成像迈克尔逊式剪切散斑干涉系统。采用负透镜组与标准成像镜头组成反远距成像系统，分析了光路的成像参量，并利用ZEMAX软件进行了模拟; 讨论了发散光路时间相移的非均匀性，采用等步长相移算法进行相位解算可以弥补非均匀误差; 并对中心加载的橡胶平板进行了测量。结果表明,该系统能有效地扩大成像视场，采用3片焦距为-75mm的平凹镜片可以实现70°视场角的散斑干涉检测，通过调整平凹镜片的焦距和数量可以实时调整成像视场。

本文根据加窗变换后信号的频谱特性, 并结合自相关技术设计了一种基于有限冲击响应 (Fir)的窄带滤波器 (NBF), 同时应用频谱校正技术对扩展光束多普勒信号进行处理。实验结果表明, 结合自相关技术所设计的窄带滤波器能够滤除大部分的随机噪声, 同时也使目标信号频率附近的高频噪声得到了部分的抑制。随后, 对滤波后的信号进行加 Hanning窗的快速傅里叶变换 (FFT)并对其离散频谱进行校正, 提高了频率的测量精度。因此, 表明本文所设计的窄带滤波器以及频谱校正技术的结合适用于扩展光束型激光多普勒测速系统信号的处理。

剪切散斑干涉技术在表面形变测量中发挥着重要的作用，用于动态形变测量的空间相移技术使得散斑干涉技术更实用化。研究了一种基于菲涅耳双棱镜的空间载频产生方法，该方法与散斑剪切干涉结合可以实时地对变形梯度进行测量。应用菲涅耳双棱镜获得空间载频散斑干涉场并分析了双棱镜产生的剪切量和载频；采用单缝与菲涅耳双棱镜配合可以在一个散斑尺寸内产生空间载频；采用傅里叶分析方法进行了载频的标定，利用正弦拟合相移算法得到被测物的动态形变导数。实验结果证明采用菲涅耳双棱镜可以方便地实现散斑剪切干涉的空间相移测量，适合于动态形变检测。

为了获得高速弹丸在出膛后的瞬时速度以及在不同位置时的速度分布, 提出了一种基于扩展光束的激光多普勒测速系统。该系统对出射的激光束进行两次扩展, 使扩展后的相干光束在空间某一位置相交来形成具有一定延展范围的探测体。该方法有效避免了经典双光束多普勒测速系统由于探测体积小而导致的物体偏离探测区域的情况, 因此, 在实际测量弹丸速度的过程中能够解决传统多普勒系统因弹道偏差而导致的无法测速的问题。该系统也可以采用并联方式来监测弹丸在弹道不同位置上的速度分布。通过实验对激光束进行了不同尺度的径向扩束, 并在此基础上获得了不同散射面积下的多普勒信号。分析结果显示: 在速度为10~25 m/s时, 测量值与实际值的平均误差可以达到1%~2%, 表明这种测量方法是有效且可行的。

采用MATLAB技术, 结合光学实验教学内容的特点, 利用面向对象的方法开发构建了光学虚拟实验系统。该系统具有操作简单、界面直观、实验快速实施等特点。以空间滤波实验和偏振光实验为例, 给出了设计思想和相应的仿真实现结果。学生通过对实验系统的操作, 可以很快地掌握实验原理、内容和实验特点。该系统作为传统光学实验教学的补充, 能够完成一般光学实验中难以实现的实验操作, 使复杂的实验操作变得直观生动, 提高了光学实验教学的效果, 同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。