相位延迟量是偏振光学元件的一个重要指标，为了精准快速地测量偏振元件的相位延迟量，提出一种具有相位补偿的级联调制的偏振元件相位延迟量检测方法。该方法采用弹光调制器（PEM）和电光调制器（EOM）作为相位延迟量检测系统的级联调制元件，利用Soleil-Barbinet相位补偿器对样品进行光学补偿。基于数字锁相技术与现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的片上可编程系统，检测光强极值点对应的Soleil-Barbinet相位补偿器的相位参数并进行数据处理，实现样品的相位延迟量检测。实验表明，利用该方法测量样品的相位延迟量的最大相对误差为0.857%，测量精度为99.143%，验证了将偏振调制法和补偿法相结合测量相位延迟量具有较高的精度，且降低了补偿器本身对测量误差的影响。

为了实现快速、准确的高温测量，在多光谱辐射理论的基础上，提出一种基于弹光调制光谱的多光谱温度测量方法。对基于弹光调制的多光谱测温装置系统结构进行了详细介绍，并且采用MATLAB软件对温度测量方法进行仿真分析，最后进行实验验证。实验中采用非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)算法将高温物体辐射产生的弹光调制傅里叶变换干涉信号进行复原，在对探测器进行光谱响应函数标定的基础上，根据响应函数进行修正得到实际光谱复原图，再利用多光谱温度反演算法得到黑体温度。结果表明，所提方法的温度计算误差为5%左右，并通过标准黑体辐射源进行实验，对温度测量进行了验证。

为了能够快速精确地测量波片相位延迟量和快轴方位角, 实现测量系统的集成化和自动化, 设计了基于弹光调制技术与数字锁相技术相结合的波片测量系统。采用弹光调制器对检测激光进行调制, 运用基于FPGA的数字锁相技术提取调制信号的一、二倍频项, 利用优化算法解调出波片相位延迟量和快轴方位角, 步进电机带动波片转动使快轴到达零度位置, 相位延迟量由LCD显示出来。搭建了实验系统, 并对1/4波片进行了测量。实验结果表明: 该系统对1/4波片快轴方位角的测量精度优于0.31°, 相位延迟量的测量精度和重复度分别优于99.47%和0.14°。测量系统的弹光调制器驱动信号、电机驱动信号、数据运算都由FPGA控制,实现了光机电一体化。

在弹光调制测晶体电光系数系统中, 对弹光调制器工作控制和调制信号数据处理进行了优化设计, 并实现一种灵敏度高、测量快速、成本低和系统集成度高的晶体电光系数测量方案.针对弹光调制及调制信号的特点, 采用现场可编程门阵列完成弹光调制器的工作控制和测量数据的提取.现场可编程门阵列提供弹光调制器工作电压信号, 控制模数转换器的采样频率, 同时产生正弦和余弦参考序列来提取直流项、一倍频项的同向分量和正交分量, 并输入计算机中求解得出晶体电光系数.对铌酸锂样品进行了测试, 实验结果表明系统重复度和灵敏度为0.0016×10－12 m/V, 测量速率为1ms/数据点.较其他晶体电光系数测量方法, 本文方法具有更高的测量灵敏度和更快的测量速率, 为实现弹光调制测量晶体电光系数的智能系统奠定了基础.

弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)具有调制速度快、 信息量大的特点, 但采样位置偏差会导致干涉图存在相位误差, 影响复原光谱的准确性。 因此, 必需采用一种运算速度高的相位校正方案。 以300 K黑体为辐射源, 通过弹光调制干涉具产生干涉数据, 并在TMS320C6713DSP芯片上, 采用Mertz法对弹光调制干涉图进行相位校正。 首先提取出一幅完整周期的双边干涉图, 经过切趾处理后, 以零光程差点为中心计算小双边干涉图的相位误差, 再通过插值补零得到整幅干涉图的相位误差, 求出整体干涉图的频谱并进行相位修正。 采用二范数定义校正后反演光谱的精度, 以计算定时器周期寄存器值的方法设置DSP定时器, 以统计代码的运行时间, 并通过观察链接命令文件cmd中程序与数据的分配存储情况, 来对比分析Mertz法与模平方法的校正结果。 实验结果表明, 在DSP上实现相位校正时, Mertz法相位校正方案具有运算速度快、 占用存储空间少、 误差较小等特点, 并且Mertz相位校正法的运算时间较模平方法快20倍, 适用于对PEM-FTS干涉图进行高速准确的相位校正。

为了实现对晶体电光系数高速率、高精度和高灵敏的测量, 提出了一种基于弹光调制的电光系数测量新方案。运用低通滤波和数字锁相技术分别提取出调制信号的直流项和一倍频项数据, 进而解调出晶体的电光系数。详细分析了该新方案的原理, 搭建了实验系统, 并对铌酸锂(LiNbO3)晶体样品的电光系数进行了测试。实验结果表明, 系统测量精度为2.3%, 灵敏度为1.7×10－14 m/V, 测量速率为每数据点100 ms。

由于传统弹光调制系统受调制晶体尺寸的限制, 光谱分辨率较低, 致使其气体浓度探测精度不高。 为了提高系统光谱分辨率, 设计了一种改进型弹光调制系统, 通过使入射光在晶体内多次反射增大光程差, 从而获取更高的光谱分辨率。 整个系统由激光器、 弹光调制器、 起偏器、 检偏器及光电探测器构成。 弹光晶体上加工一个楔角θ, 并在两个面上镀反射膜从实现增大有效光程的效果。 计算了楔角对光程、 调制相位以及能量的函数关系。 最终确定了合适的楔角值, 并给出了相应的光程函数表达式。 实验分别对三种常见的VOC气体进行浓度分析, 样气浓度采用PTM400-VOC型气体分析仪定标, 并与传统弹光调制系统进行对比。 结果显示, 改进型弹光调制系统气体浓度检出限可达0.010 mg·m-3, 相比传统弹光调制系统高一个数量级以上, 气体浓度检测误差为3.4%, 也优于传统型。 综上所述, 改进型弹光调制系统不但具备静态结构高稳定性的优点, 同时还大幅提高了系统的光谱分辨能力及浓度检测精度。

利用弹光调制器的偏振调制优势, 提出了将弹光调制器和电光调制器级联的组合相位调制型椭偏测量术。该技术采用单光路实现信号探测, 通过切换电光调制器的两个工作状态, 并结合数字锁相信号处理技术来完成样品反射光的p分量和s分量的幅值比Ψ和相位差Δ的全范围高精度测量。对提出的新型椭偏测量原理进行了分析, 搭建了相应的实验系统。完成了弹光调制器的调制电压峰峰值和相位调制幅值关系的定标, 定标结果优于99.05%, 然后还采用系统初始偏移值的方法对实验系统进行了校准。最后, 运用该系统对石英玻璃反射样品进行了实验分析, 得到的Ψ和Δ的测量精度分别优于0.08°和0.81°。实验结果显示系统校准有效地消除了电光调制器和弹光调制器的剩余双折射引入的测量误差; 数据采集和处理时间均在ms量级。提出的测量技术具有宽光谱测量、工作稳定、重复度高、测量速率快、成本相对较低和系统便于工业自动化集成的潜在优势。

为了实现高速、高精度、高灵敏度、操作方便可控、稳定性好和成本较低的剩余双折射值和快轴方向角的同时测量，采用弹光调制器(PEM)和电光调制器(EOM)组合，并运用探测器探测信号和锁相放大器锁相输出一倍频项数据。直流(DC)项和倍频项数据在计算机中求解得到双折射值和方向，实现了双折射值和方向的单弹光单通道同时测量。对该新方案原理进行了分析，并搭建了实验系统。采用初始值偏移的方法对系统进行了校准，并运用该系统对Berek偏振补偿器样品进行了实验分析。实验结果表明，系统校准有效地消除了PEM和EOM的自身剩余双折射引入的测量误差；本文方案对剩余双折射值的测量精度和重复度分别优于99.16％和0.0082 rad，剩余双折射的快轴方向角测量重复度为0.06°。本文方案具有工作稳定、重复度高、测量速率快、成本相对较低和系统利于工业自动化集成等应用优势。

由于室内甲醛超标造成的环境污染日益增多, 为了快速、 准确地对室内空气中甲醛气体的浓度进行定量分析, 设计了基于弹光调制的甲醛气体浓度检测系统, 由红外光源、 滤光片、 弹光调制器、 红外探测器等构成, 由弹光调制器控制弹光晶体折射率周期性变化, 折射率造成的光程变化提供了反演光谱分布函数的光程差。 通过HITRAN光谱数据库推导了系统可获得的光程差函数。 实验采用红外光源与窄带滤波片结合, 中心波长透过率在90%以上, 采用硒化锌晶体作为弹光调制晶体, 系统的驱动频率为100 kHz。 对三种不同环境下不同位置分别采集十组样气进行分析, 同时采用标准光谱仪和本系统进行甲醛气体浓度检测。 实验结果显示, 当甲醛气体浓度较高时, 系统性能良好; 当甲醛气体浓度较低时, 系统信噪比下降, 检测精度略有降低, 但仍能满足设计要求。