为了实时、原位和非接触测量工业生产过程中封闭管道系统内透明、半透明液体折射率，提出了一种简单的基于玻璃管壁光学特性的液体折射率测量方法。该方法通过涂覆在玻璃管壁外表面上的透射散射层，将入射激光束转换为进入玻璃管壁的大角度分布的透射散射光; 透射散射光到达玻璃管壁与液体的界面上后，符合全反射条件的散射光反射到透射散射层上，自动形成与玻璃管内液体折射率值相关的椭圆形暗斑图像。根据椭圆形暗斑长轴长度与液体折射率之间的解析关系，即可实现玻璃管内液体折射率的原位、非接触测量。对几种常见的透明、半透明液体的折射率进行了实验测量， 结果表明: 该测量方法的准确性与目前商用数字阿贝折射仪相当(±2×10-4 RIU)。该测量方法具有成本低、稳定性好、抗干扰且光源稳定等优点，而且在处理与液体折射率相关的光学图像时无需调试，光照即显，有望用于封闭管道在非常温、非常压状态下液体折射率的实时、自动和非接触在线监测。

针对高时空分辨的设计要求，分析影响条纹相机中条纹变像管的物理时间弥散、技术时间弥散和扫描电路触发晃动的因素，优化设计了行波偏转前置磁透镜聚焦的条纹变像管系统.利用CST仿真软件研究了行波偏转器内部的时变电磁场分布，计算了行波偏转器内电磁波的传播速度.结果表明，行波偏转器的指长为8 mm、指宽为1 mm、指间距为0.24 mm、管脚长为2.5 mm、板厚为1 mm及总长度为17.12 mm时，实现了电子团的飞行速度与扫描电脉冲沿行波偏转器的传输速度的匹配.采用电子追迹法和瑞利判据分析了条纹变像管的动态时间和空间特性，得到单次扫描动态时间分辨率为200 fs、同步扫描时间分辨率为208 fs、动态空间分辨率优于20 lp/mm.

同时利用两个振源,在液体表面上产生两列低频表面波,实现了多振源条件下表面声光效应,观察到清晰、稳定、反衬度高的声光衍射条纹.当引起两列表面波的两个振源频率具有倍数关系时,声光衍射条纹的极大值位置与较小频率的振源单独存在时所产生表面波的极大值位置相同,与较大频率的振源单独存在时所产生表面波的极大值位置部分相同.当引起两列表面波的两个振源频率不具备倍数关系时,不仅观察到单振源的衍射条纹,而且也观察到了双振源的干涉条纹.理论上得到多振源衍射光场和表面波波长、振幅之间的解析表达式,理论规律与实验结果吻合较好.

基于声光衍射原理, 利用光学方法对低频液体表面波的光衍射特性进行了研究, 给出了非对应级数的解析表达式并进行了数值模拟, 解释了非对应分布的机理.实验观察到清晰、稳定的衍射图样, 且条纹间距具有明显的不对称性; 随入射角度增大, 正负级衍射条纹具有明显的不对应分布, 即正条纹级数多于负条纹级数.研究表明: 衍射条纹级数的不对应程度与入射角有关, 随入射角的增大, 正负级数不对应程度加剧; 负级衍射条纹级数存在最大值, 超过该最大值的负级衍射条纹缺失; 理论分析和实验结果吻合较好.

为了探测几十赫兹的低频水下声信号，采用一种光学测量方法，建立了低频水下声信号的光学探测系统。当未扩束的激光束照射到受水下声信号调制的液体表面时，液体表面相当于位相型光栅，观察到了稳定、清晰的衍射图样，衍射图样呈非对称分布。得到了衍射光强分布的解析表达式，解释了在斜入射的条件下衍射图样位置及强度的非均匀分布和在垂直入射条件下，衍射光场的均匀分布，理论和实验比较吻合。结果表明，在激光束斜入射条件下，衍射图样的位置及强度是非均匀分布的。

为了探测几十赫兹的低频水下声信号, 建立了水下低频声信号的光学探测系统, 得到了稳定、清晰的衍射图样.得到了衍射图样的宽度与声源距离的变化关系, 声源距离越小, 衍射图样越宽.当水下声波传至水表面后, 实验上得到了表面声波的衰减特性, 理论上得到了衍射图样的角宽度和液体表面波振幅的解析关系式.发现表面波振幅的衰减随距离是指数型衰减.并研究了衰减系数随频率的变化, 频率不同衰减系数也不同, 而且频率越大, 衰减系数越小.

根据表面波声光效应的原理,提出了一种低频水下声信号的激光探测技术,并建立了实验装置。在几十赫兹的低频段,对水下声源所产生的表面声波进行了探测。实验过程中,利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描分析,得到了衍射图样中条纹的像素差。根据波长与条纹间距的解析关系式,得到了低频液体表面声波波长,其大小在毫米量级。利用计算机编程,根据最小二乘法拟合色散关系的回归曲线,测量结果与理论色散关系吻合。该方法具有实时、非接触的特点。

根据表面波声光效应的原理, 实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上, 观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描, 得到了衍射光斑的光强分布图, 并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式, 求出了液体表面波的振幅, 其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度, 测得不同深度下液体表面波的振幅, 给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系, 并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应, 求出了固体表面微振动的振幅, 实现了固体表面微振动的探测.

利用液体薄膜的遮光效应原理，建立了一种新的测量液体折射率的方法和装置。选择了3种常见液体：蒸馏水 、无水乙醇 和1,2-丙二醇。利用新建的装置对其折射率进行了测量。实际测量过程中，对实验形成的图样进行了2种测量分析：一种是利用读数显微镜直接测量分析实验结果；一种是利用CCD拍摄记录实验结果，并利用计算机对拍摄结果进行了智能化处理分析。分析了实验误差，实现了实时、全自动化测量。测量结果均与理论值吻合。该方法操作简便、设备简单、重复性好、准确度高。

基于全矢量平面波方法，以聚甲基丙烯酸甲酯为基材，设计了一种高双折射光子晶体光纤，并对其传输性质和偏振特性进行了数值模拟。 结果表明，椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的双折射是由于包层的不对称性引起的全局双折射，通过调节椭圆率，发现该光纤可以 以单模方式在一合适波段运行，该波段与聚合物光纤的低损耗通信窗口一致。在η=2.5时，其双折射最高可达4.8×10-2。 该研究结果为高双折射聚合物光子晶体保偏光纤的制备提供了理论依据。