针对激光干涉法高强度聚焦超声（HIFU）声压测量中干涉系统带宽解算依赖线性声场条件，导致解算结果与实际有较大差异的问题，首先通过理论分析，建立了HIFU声压测量中干涉信号的数理模型；针对非线性声场条件下干涉信号无法进行函数展开的情况，利用数值仿真的方法对干涉信号的频域进行分析；通过对比具有相同声压峰峰值和基频的线性和非线性声场条件下的干涉信号频谱，发现了非线性声场对激光干涉信号带宽的展宽作用，证明了现有线性声场条件下干涉系统带宽的估算方法不适用于HIFU声压测量；利用实测HIFU声压数据，通过仿真分析，发现在非线性声场条件下，激光干涉系统带宽随被测声压峰峰值呈二次方规律变化，而不是线性声场条件下的线性变化规律。

提出了一种新型静态傅里叶变换光谱仪(FTS)。在该光谱仪的干涉系统中,采用两个具有周期性结构的微反射镜代替马赫-曾德尔干涉系统的平面镜,不仅无任何驱动部件,还无回溯光产生,进而实现了FTS的静态化和高光通量。介绍了静态FTS的工作原理,建立了基于微反射镜的马赫-曾德尔干涉系统模型,仿真得到了该干涉系统的干涉图和频域光谱图。与理想情况的结果相比,仿真得到的干涉图中条纹对比度下降且边缘区域较为严重,仿真得到的频域光谱图中主频峰值降低且基线噪声明显。分析表明,在光束倾斜入射时,两个微反射镜的阶梯式周期性结构不仅会造成干涉光场的能量分布不均匀和两束相干光束偏离,还会引起衍射效应。仿真结果表明,增加两个微反射镜子反射面的个数和子反射面的长度可以有效减小干涉图中信息的失真。进一步地,在满足光谱仪性能的前提下,减小两个微反射镜子反射面的阶梯间隔可获得理想的频域光谱图。

基于光学折射率是材料的一个重要的物理参数, 提出了一种在泰曼格林干涉系统基础上的光学外差干涉折射率测量方法及系统。测量系统将样品放置在系统外, 采用双光束干涉探测, 使系统更加稳定、调整简单、测量更加精准。实验上测量了K9玻璃块样品在超连续激光光源中心波长790nm、带宽20nm下的折射率, 验证了方法的有效性和可靠性。实验结果表明, 系统能够准确测量出样品的折射率, 测量稳定性较高, 精度可以达到10-4; 适用于可见光和近红外波段透明物质的折射率测量, 应用领域广泛。

基于干涉成像原理，提出了一种结构简单的轴向可调式共光路干涉成像系统的设计。该设计充分利用光路可逆性和分光棱镜的反射、折射特性，先通过棱镜将入射光分为两束平行光，一束照射到样品上被反射载物台反射作为物光，另一束则直接被反射作为参考光，然后利用上述棱镜使反射回的物光和参考光合束发生干涉。通过调整棱镜的分光层与光轴之间的夹角可分别实现不同类型的干涉。分别以傅里叶变换和三步相移范数法为例对实验获得的干涉条纹进行相位恢复，并通过对结果的分析评估了系统的性能，对设计用于生物细胞相位成像的可行性进行了论证。所设计的系统结构简单、操作方便、系统误差小，可为均质细胞的无损免标记形态检测提供一种简单易行的方法。

基于数字全息显微层析技术，采用横向干涉系统，旋转被测的扭转保偏光纤，获得光纤180°视角下各个角度的全息图并由CCD记录, 通过图像处理与再现算法提取物光波的相位分布信息.利用滤波反投影还原出光纤各个断面的二维折射率分布，并由此构建扭转保偏光纤的三维折射率分布，揭示扭转保偏光纤内部的三维信息.测量结果显示，扭转保偏光纤的应力柱随着光纤同时扭转，但包层、应力柱和纤芯的折射率并不改变.采用边缘检测提取了光纤不同断面应力柱的位置，并计算了扭转保偏光纤的扭转角度.

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.

为了在野外环境中快速有效地识别敌方伪装的机动目标,设计了基于光谱探测与视频图像目标识别方法联用的目标识别系统.采用视频图像识别技术获取被测区域的二维影像,再通过光谱探测技术识别目标,最终将目标重建在图像相应位置上从而实现目标识别的可视化.理论推导得到了系统可识别目标的函数关系式,根据该函数关系进行了目标识别的量化实验.实验采用汽车模拟被测机动目标,在不同距离上分别以平坦荒地、灌木丛和废弃建筑物为背景,对明显目标、涂覆迷彩色的目标以及遮挡伪装物的目标分别进行光谱探测.实验结果显示,测试背景对光谱探测效果有一定影响,背景的连续性有利于目标识别;伪装方式以伪装物遮挡最难识别,且随着目标与系统的距离增大而信噪比随之降低.综上所述,采用光谱探测技术克服了传统图像目标识别无法识别伪装目标的缺点,可以实现对伪装目标的有效识别.

针对传统的电网局部放电定位方法的诸多缺点,提出了一种基于Sagnac干涉仪的光纤传感定位系统。该定位系统使用光纤作为传感单元,探测局部放电过程中所产生的声波和超声波,利用算法对探测到的振动信号进行处理,最终得到局部放电发生的具体位置。实验证明该系统具有较高的精确性和稳定性。

为快速地、 大范围地对天然气管道进行泄漏监测, 设计了基于静态傅里叶变换干涉系统的甲烷气体浓度遥测系统。 采用对准甲烷分子吸收峰的红外光源照射被测区域, 再由聚光准直系统和干涉模块完成干涉条纹的获取。 最后, 通过多特征波长光谱分析算法计算被测区域的浓度程长积, 进而反演相应的甲烷浓度。 通过HITRAN光谱数据库选择了1.65 μm的主特征吸收峰, 从而光源使用1.65 μm的DFB激光器。 为了在不增加系统硬件结构的基础上提高检测精度及稳定性, 引入辅助波长求解吸光度比值, 进而通过多特征波长比例运算的方法获得被测气体的浓度程长积。 实验针对泄漏速度恒定的标准甲烷液化气罐检测, 采用PN1000型便携式甲烷检测仪的检测数据作为标准数据与本系统的测试数据进行对比, 测试距离分别为100, 200和500 m。 实验结果显示, 甲烷浓度检测值在泄漏一段时间稳定后, 系统检测值也基本保持稳定。 对100 m的检测距离而言, 浓度程长积的检测误差小于1.0%。 随着测试距离的增大, 检测误差也相应的增大, 距离500 m的检测误差小于4.5%。 总之, 在气体泄露稳定后系统检测误差均小于5.0%, 满足野外天然气泄漏遥测要求, 该方法采用差分思想, 在求解吸光度比率的过程中将误差消除, 降低了外界干扰造成的误差, 从而提高系统的检测精度及稳定性。