对三维光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的温度补偿问题进行研究,设计了新型温度补偿膜片,并采用参考光纤法对传感器进行温度补偿。实验发现,未经老化处理的裸纤在30~40 ℃之间会出现温度拐点,致使温度灵敏系数降低,所以封装之前必须进行老化处理。通过有限元热力分析可知,新型温度补偿膜片在-10~50 ℃之间自身的最大微应变约为0.073 με,受热膨胀系数失配的影响较小,系统的可靠性较高。同时悬臂梁式的缓存结构可使温度补偿光纤在测量过程中不受外界复杂环境的影响,在origin中拟合温度补偿膜片与应变测量传感膜片联合补偿的结果,修正之后线性度可以达到0.9999以上,满量程精度约为0.05%。

基于方解石晶体的光学特性和传统Wollaston棱镜的结构特点，设计了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜。棱镜的两块晶体的光轴不再是垂直的，而是呈现一定的角度。通过结合玻璃棱镜，可以实现三束或四束光束平行光束的出射。以晶体光轴夹角为45°角为例，对该棱镜进行了讨论研究。研究得出：当一束自然单色光入射时，当入射光束的光斑大小大于两平行光束之间的距离时，可以实现两束相互垂直的偏振光和一束自然光出射，当光斑大小小于棱镜中两平行光束之间的距离时，能够产生四束分开程度可调并且平行出射的偏振光。该棱镜能为不同的应用环境提供可调节的偏振出射光束，从而节约成本。

利用外径不同的常规单模和多模光纤成功制作了一种本征法布里-珀罗干涉型光纤传感器，对其温压响应进行了研究。由材料力学和光弹理论得出了压力响应理论模型，为了增加压力响应灵敏度，在考虑泊松效应导致应变方向的前提下，选择了多模光纤外径较小的结构。实验中传感器采用了经氢氟酸腐蚀外径为120 mm 多模石英光纤，将制作的1 mm 腔长的传感头进行了温度响应实验，温度范围为20 ℃~500 ℃，实验结果表明该传感器对温度有较好的线性响应，光程差响应灵敏度为25 nm/℃，且重复性较好；在常温20 ℃条件下进行了压力响应实验，实验结果表明该传感器具有较好的压力线性响应，其压力响应灵敏度为4.7 nm/MPa。该传感器能够对温度、压力实现较好的响应，同时具备准分布式测量的潜力。

焦点区域的光强分布对许多光学系统的性能起到非常重要的作用。利用分区衍射光学元件和分区双半波片的组合作为光瞳滤波器，同时对径向偏振光束的相位和偏振方向进行分区调节，使其变为不同的分区柱矢量偏振光束，这样可以实现对聚焦光强分布的有效调控。利用Matlab数值模拟，设置不同的设计参数可以使焦平面上获得不同的光强分布。利用本方法，在焦平面上除了可以得到现有文献中报道的环形光强分布、平顶光斑光强分布外，还得到了一种平顶模式的环形光强分布。该研究结果在粒子的操控与捕获、激光微加工等许多领域有着潜在的应用价值。

格兰泰勒棱镜的光强透射比随着空间入射角的改变会出现波动。借助共点三轴系统和多光束干涉公式，得到了偏光棱镜的光强透射比的精确表达式。根据马吕斯定律，利用数值模拟实验，给出了格兰泰勒棱镜作为检偏镜在光学系统中的光强透射比表达式。数值模拟结果表明：波动的产生来源于平行空气隙间的多光束干涉，波动幅度的大小及出现的位置主要取决于空气隙的平行程度及检偏镜在光学系统中的相对位置。令棱镜的转轴和系统的光轴之间的夹角β=0°,可以实现光强透射比曲线上波动的完全抑制。给空气隙一个小的胶合误差角可以有效抑制光强透射比随空间入射角的波动。抑制波动的临界胶合误差角随入射光束横截面的增大而减小。

利用折射定律，介质膜两侧折射率不同时多光束干涉理论和菲涅耳公式，精确推导了双沃拉斯顿棱镜的光强分束比的具体表达式。以公式为基础，通过Matlab软件数值模拟作图分析光强分束比随入射角、入射波长和结构角的变化关系曲线。结果表明：在棱镜为介质胶合型时，光强分束比随入射角和入射波长的变化很小，光强分束比基本为1；棱镜为空气胶合型时，光强分束比随入射角，结构角和波长的变化很大。两种情况下，光强分束比随各参量的变化基本呈周期性变化。

提出并设计了一种消色差的相位型超分辨光瞳滤波器。详细分析了滤波器的设计参数对成像系统的光斑压缩比和斯特雷尔比影响。分别以方解石晶体和石英玻璃材料为例进行了设计，当光斑压缩比为0.83时，得到两种材料的消色差超分辨光瞳滤波器，可以分别在380~555 nm和300~600 nm的波长范围内实现消色差，同时可以有较高的斯特雷尔比。

A polarization modulator based on splitting with a Savart plate and rotation of an analyzer for a moire system with grating imaging is presented, and its modulation principle is analyzed. The polarization modulator is simple and achromatic. It is composed of a polarizer, a Savart plate, and an analyzer. The polarizer and the Savart plate are placed in front of the index grating to split the image of the scale grating in the moire system. The analyzer is placed behind the grating and rotated to realize the modulation of the moire signal. The analyzer can be rotated either continually with high speed or step by step with low speed to form different modulation modes. The polarization modulator makes the moire system insensitive to the change of initial intensity. In experiments, we verified the usefulness of the polarization modulator.

A position sensor based on slit imaging is proposed and its measurement principle is described. An imaging slit is illuminated by a collimated laser beam with square-wave modulation and imaged on a detection double slit through a 4f system. A magnified image of the detection double slit is formed on a bi-cell detector. The position of the imaging slit is obtained by detecting light intensity on two parts of the bi-cell detector. In experiments, the feasibility of the sensor was verified. The repeatability was less than 40 nm.

A double sinusoidal phase modulating (SPM) laser diode interferometer for thickness measurements of a transparent plate is presented. A carrier signal is given to the interference signal by using a piezoelectric transducer, and the SPM interferometry is applied to measure the thickness of a transparent plate. By combining the double-modulation technique with the Bessel function ratio method, the measurement error originating from light intensity fluctuations caused by the modulation current can be decreased greatly. The thicknesses of a glass parallel plate and a quartz glass are measured in real time, and the corresponding experimental results are also given.