针对迷你无人飞行器（mini-UAV）探测难度大的问题，仿真设计并制作了谐振频率接近mini-UAV噪声特征频率的硅基微机电系统（MEMS）轮形振膜，结合精密机械加工制作了光纤法布里-珀罗干涉式声传感器。测试结果表明，该光纤声传感器的谐振频率为7.279 kHz，与仿真结果基本一致，其在频率为7 kHz声波正入射的条件下的灵敏度为1.8 V/Pa，信噪比为71 dB，最小可探测声压为99 μPa/Hz^0.5。值得强调的是，该声传感器对声波的响应呈现“8”字形的方向依赖性，表明其具有识别声源方向的能力。进一步在户外测试了该光纤声传感器对mini-UAV的探测能力，结果表明，声传感器能够在65 m的范围内探测到mini-UAV噪声，其探测距离是商用驻极体声传感器的3倍左右。所研制的硅基MEMS轮形振膜光纤声传感器为解决实践中mini-UAV探测难的问题提供了一种简单有效的工具。

根据外差激光多普勒测振过程的物理原理，分析了其在目标存在低频高速运动情况下测量高频低速振动的过程。在这一过程中，因杂散光而产生的测量噪声表现出啁啾特性，该研究还阐明了这种噪声的影响和表现形式、特点。针对此啁啾噪声，提出了一种微分预处理解调方法，理论分析表明这种解调方法有明显的啁啾噪声抑制效果，并进一步进行了仿真和实验验证。搭建了存在杂散光的外差激光多普勒测振系统，对目标振动进行了测量，分别通过常规解调方法和微分预处理解调方法进行解调，实验结果验证了啁啾噪声的存在和微分预处理解调方法抑制啁啾噪声的有效性，该方法可使啁啾噪声功率下降约81.8%，可有效降低杂散光对测量结果的影响。

为了解决静态目标高重复频率远距离激光相干测距过程中出现的多盲距点和距离模糊问题，对激光测距发射波形、本振波形以及解算方法进行研究。对发射波形和本振波形进行不同斜率的线性调制，将最远可测目标信息调制到本振光端，探测器对回波相干信号进行探测，采集卡进行数据采集。采用高精度的脉冲压缩数据处理方法得到匹配滤波结果，并进行距离解算分析。仿真和实验结果表明，该测距方案可以有效解决因高重复频率产生的距离模糊问题，同时避免因脉冲发射时刻光泄漏带来的多点盲距问题。在64μs重复周期、2μs脉宽发射信号和512μs重复周期连续调频本振光条件下，实现模拟29.0525 km目标（延时光纤58.105 km）的探测。该方案可满足高重复频率远距离脉冲激光相干测距无模糊、无间断的测量要求。

基于耦合腔磁力系统研究了多透明窗口现象以及快慢光效应。利用量子光学理论以及标准输入-输出关系，对该系统的输出特性进行了研究。结果表明，可以通过调节系统参数得到不同数目的透明窗口并得到较好的透明效果。同时，提出了一种通过测量吸收峰高度和宽度来精密测量两腔之间的相互作用强度的方法。此外，通过对系统参数进行调控，可以实现快慢光转换。该方案在精密测量和量子信息处理等领域中具有重要的指导意义。

通过光波场空间追迹导出相干光成像计算公式，基于所导出的公式对经典的相干光成像理论进行简要讨论。为证明所导出公式的准确性，设计了矩形透光孔为物的成像实验，利用经典的相干光成像理论与所导出的公式同时对实验测量像强度进行了模拟计算。结果表明，所导出的公式能够准确地计算矩形孔像光场强度图像及像边沿的振铃振荡分布。

空气耦合（简称“空耦”）超声换能器具有非接触检测、适合复杂工况和原位检测等独特优势，已被广泛应用于超声无损检测等领域。声场重建对于开展空耦超声换能器声束宽度、扩散角等声场特性参数的表征，进而保障超声检测系统的横向分辨率及定位精度具有重要意义。笔者基于声光效应和层析成像技术对50~200 kHz空耦超声换能器的声场重建开展研究。超声声场的重建质量与空间分辨率密切相关，但高空间分辨率会导致扫描时间呈几何倍数增长。笔者从仿真和实验的角度对声场空间分辨率（即声场扫描参数）进行优化，在保证声场重建图像质量的前提下将扫描效率提高了2~4倍。同时，将优化后的声场重建结果与传声器在相同位置处的声场直接测量结果进行比较，验证了声光效应层析成像进行超声声场重建的可靠性。

光致热弹光谱（LITES）技术是近年来发展迅速的一种新颖痕量气体检测技术，该技术以体积小巧、成本低廉且无波长选择性的音叉式石英晶振替代成本高、探测波段窄的光电探测器作为光电换能器，通过探测激光与目标气体相互作用后光强的变化量实现目标气体浓度的反演。LITES技术具有探测灵敏度高、响应时间短、无波长选择性等优点。本文以下水道中的硫化氢气体为测量目标，开展了基于LITES技术的痕量气体探测系统的研究。以输出波长为1.582 μm的近红外连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源，采用激光器波长调制和二次谐波探测技术，首先研究了激光波长调制深度对LITES系统产生的信号幅度的影响，而后详细研究了气体压强及环境压强对装置性能的影响。此外，为进一步提升装置探测灵敏度，有效光程长度为14.5 m的Herriott多通池被装配在激光器和作为光电探测器的音叉式石英晶振之间，从而使传感器在积分时间为300 ms时，获得4.87×10^-7的最低探测极限，当积分时间延长至52 s时其探测灵敏度可达7.78×10^-8。在完成装置各项参数优化之后开展了下水道中硫化氢气体的实测研究，结果显示，该系统完全可满足下水道臭气监测分析等领域的应用需求。