光纤干涉光谱仪由于其体积小、分辨率高、抗电磁干扰和耐高温的特点, 广泛应用于各种领域的物质检测中。设计了一种使用电动光纤延迟线实现光程差调制的基于Mach-Zehnder光纤干涉仪的光谱测量系统。介绍了系统的构成, 推导了基于该系统的光谱计算公式以及分辨率计算公式。搭建了实验平台, 对一宽谱光源进行测试, 并采集其干涉信号, 解调出了相应的光谱图。对结果进行分析, 当最大光程差变为0.479 5 cm时, 光谱分辨率为2.085 4 cm-1。电动光纤延迟线的性能在很大程度上决定了最终解调出的光谱的分辨率、精度, 尤其是速度和延时时间的精度和线性度。

为了达到布里渊光时域分析(BOTDA)系统双通道激光源的布里渊频移要求, 设计了一个光纤布里渊频移器, 放置在其探测脉冲通道, 使探测光与另一通道的扫频光具有布里渊频移差(约11.2 GHz)。通过分析频移器的输出光谱线宽窄化原理, 利用光纤中激发的布里渊增益谱结合一定的环形腔结构形成窄线宽的布里渊斯托克斯光谱输出, 且分析了环形腔频移器的受激布里渊散射阈值和光-光转换效率两个性能指标及其影响因素。采用1551 nm窄线宽光源, 对实际搭建的9 km单模光纤布里渊频移器进行了实验验证, 结果表明：频移器的受激布里渊散射阈值为2.3 mW, 布里渊频移对应的波长改变约为0.1 nm, 此时的定向耦合器耦合比为0.4, 光-光转换效率为49%。所设计的光纤布里渊频移器能达到布里渊光时域分析系统光源的技术指标, 降低了系统的复杂性和成本。

为了测量金属板材在拉伸作用下的微应变，设计了以中心波长为1550 nm的多模光纤宏弯损耗传感器为传感元件的轴向微应变测量系统。该传感器将多模光纤传感环垂直固定在被测板材上，当板材被拉神时，光纤传感环的弯曲损耗效应明显增强，导致背向瑞利散射光强发生剧烈波动。搭建了轴向微应变测量系统，根据光时域反射原理获得了背向瑞利散射的光强变化，从而计算出金属材料应变值，可实现分布式实时测量。实验结果表明,该多模光纤宏弯损耗传感器的弯曲敏感区半径约为3~6 mm，微应变测量范围约为500~3000 με，微应变测量精度约为40 με。

为了进一步减小基于相位凝固技术的激光反馈干涉系统测量运动物体微位移时的测量误差, 采用MATLAB数值仿真及曲线拟合的方法, 对移相间隔和外腔反射面振动幅度引起的系统误差进行了理论分析。在系统实验中依据相位凝固原理对物体运动产生的干涉信号进行采样, 获取多组光功率曲线, 在光功率曲线上实时判向并标记特征点。根据特征点重构被测物体的微位移曲线, 对重构得到的微位移台阶曲线进行多项式拟合以提高测量精度。结果表明, 在固定移相间隔为π/5、激光器波长为1550nm的情况下, 测量分辨率优于λ/20(77.5nm), 实际测量的绝对误差最大值为47.98nm, 峰峰值误差平均值小于1nm。相位凝固技术调制解调干涉信号为微位移的方向辨识和高精度测量提供了新的解决方案。

对频率分辨光学开关法(FROG)飞秒脉冲测量技术进行了综合阐述。在FROG 法基本原理分析的基础上，以测量技术原理发展变化为主线，介绍了三种不同瞬时响应非线性效应下—三阶非线性效应、二级非线性效应和交叉相位调制(XPM)效应，所构成的不同FROG 测量结构的研究现状和发展方向，并综合分析了三种分支技术的性能特点。对各种不同的FROG 测量结构进行了详细的比较，得到它们的优缺点及发展前景，为FROG 飞秒脉冲测量技术以后的发展提供研究思路和参考。

为了满足布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感系统需要频差为布里渊频移的两种激光输出光源的需求,采用布里渊环形腔频移和电光调制的方法设计了双通道光源系统.根据光源的脉冲宽度、重复频率、扫频量等参量,对双通道调制光谱输出进行了仿真,并采用现场可编程门阵列配合直接数字式频率合成器技术的方案建立了系统实验装置,实现了脉冲探测光和扫频抽运光两种激光输出.脉冲探测光输出最小脉宽达10ns,扫频抽运光输出扫频范围达0MHz~90MHz,扫描频率步进值为30Hz,时间步进为1.6μs.结果表明,该光源技术参量满足BOTDA系统的要求,不需引入高频微波信号源等高速器件,信号采集模块可采用100MHz以下光电探测器件实现,降低了系统成本.

A 1.55-\mu m all-solid frequency-modulated continuous-wave (FMCW) coherent lidar based on the sinusoidal frequency demodulation technique for range and velocity measurement is presented. Both the nonlinearity of linear modulation waveform and the difficulty in measuring the frequency of sinusoidal modulation system are circumvented by utilizing segmental-processing-average (SPA) techniques. The results demonstrate that the resolutions of range and velocity measurement are better than 2 mm and 0.1 mm/s, respectively. The system has numerous practical and potential applications in space missions.

散斑噪声会影响调频连续波(FMCW)相干激光雷达的拍频信号质量，进而影响雷达的探测性能。为衡量该影响并优化系统设计，采用几何光学近似的方法对散射场进行了简化处理。通过蒙特卡罗模拟仿真建立了散斑噪声对系统拍频信号强度的影响模型，并优化了系统光学天线孔径的设计。系统测试实验结果表明，拍频信号的强度与粗糙面高度和波长的比值成负指数关系，且弱散射表面的信号强度衰减更快。实验结果与理论和仿真分析相吻合，优化设计后的系统可对存在散斑噪声的拍频信号进行有效探测，且其测距和测速误差分别小于1 cm和0.05 cm/s。

采用超荧光光源(SFS)搭建了一个新型的气体吸收谱线测量装置，成功实现了对13.332 kPa气压下H¹³C¹⁴N(HCN)气体分子2ν₃振动带精细结构的准确测量。分析了双程后向(DPB)结构的SFS和HCN分子的结构及振动转动模式，所采用的SFS在2 mW输出功率下，激发了2ν₃振动带J=0-27的转动能级，输出谱在波长1525.3-1560.3 nm之间平坦度小于1 dBm，可以直接覆盖测量50多条振转谱线，无需多次扫描和数据拟合。利用了SFS高亮度和宽谱的特性，与常用的窄线宽可调谐激光器扫描法和经典吸收法比较，结构简单，成本低，可以很方便地实现实验室条件下气体分子精细结构的研究。