白光扫描干涉测量中，频域分析(FDA)方法通过波数域的相位解包裹和线性拟合得到斜率来计算物体表面形貌，干涉仪中的振动噪声和背景噪声会给斜率测量带来误差，从而影响FDA方法的测量精度。研究发现，波数域相位线性拟合后的常数项能够有效补偿噪声对FDA方法的影响，波数域相位补偿(PCWD)方法通过对波数域的线性相位作傅里叶逆变换，得到空域的振幅和相位分布，以距离振幅最高点最近的相位零点测量光滑反射镜表面形貌。仿真结果表明：存在振动噪声时，PCWD方法有90%的概率补偿FDA测量结果中平均8.9 nm的误差，也有10%的概率给FDA测量结果额外引入平均1.9 nm的误差；存在背景噪声时，FDA与PCWD方法的平均测量误差分别为4.5 nm和0.6 nm。实验结果表明：FDA方法测量的反射镜表面结构的起伏小于25 nm，重复率为7.4 nm；PCWD方法测量的反射镜表面结构的起伏小于4 nm，重复率为1.1 nm。综上所述，PCWD方法在FDA方法的基础上进一步提升了测量精度。

为了将光纤束端头发光应用于均匀照明场景,设计了一种基于光纤照明技术的光纤端头灯并制作了样灯模型。基于光纤导光特性设计LED光源与光纤束的耦合装置,通过公差分析得到代数多项式拟合配光曲线的最佳拟合阶次为10;并结合裁剪法设计光纤束端头的配光透镜,将光纤束与透镜进行装配得到灯具。仿真得到灯具在300 mm远接收平面上的光斑垂直照度均匀度为90.99%,水平照度均匀度为89.59%,耦合装置的耦合效率为87%。最后经过误差实验分析得到系统的最佳耦合距离为2 mm,透镜与发光端面的距离为50 mm,灯具的实际光斑照度均匀度为81.54%。理论和实验结果表明光学透镜明显改善了光纤端头光束的发散特性和均匀性,该光纤端头灯设计方案为将光纤端头发光应用于均匀照明设计提供了一种可行方案。

采用单模-多模-单模(SMS)光纤结构的光路,针对施加在多模光纤上的入侵信号,提出了基于短时傅里叶变换(STFT)和卷积神经网络(CNN)相结合的模式识别分类方法。该方法对入侵信号进行STFT以获得时频图,制作成训练集和测试集;将训练集输入到三种网络模型中进行训练,根据工程应用指标选择合理的网络模型;利用网络模型对测试集进行分析,得到入侵信号的识别结果。采用4种入侵信号对该方法的有效性和实时性进行验证。结果表明,该方法可以高效识别人为入侵信号和非人为入侵信号,并可以通过增加含有不同类型噪声的入侵信号种类和数量来验证此方法的稳健性,减少了入侵信号的漏报率和误报率,提高了SMS光纤结构在周界防区模式识别中的应用价值。

基于模间干涉原理,将单模-多模-单模(SMS)光纤结构运用于光纤安防系统中。以多模光纤为传感光纤,结合小波变换处理,实现对外界振动入侵事件的探测。理论分析了多模光纤的模间干涉原理,并分别将两路传感光纤置于围栏和铺设在地面上,对几种振动入侵事件进行实验分析。研究结果表明:该结构型传感器能够快速有效地探测到振动入侵信号,在光纤安防领域中具有较好的可行性。该结构型传感系统由于其结构简单、成本低廉等优点,在光纤安防系统中具有重要意义。

基于螺旋相位板(SPP)的调制特性以及光束的近轴传输理论，获得了椭圆高斯光束通过SPP后的复振幅分布函数,对不同拓扑荷数的椭圆奇点光束在不同传输距离处的光强分布和相位分布进行了研究。结果表明：椭圆高斯光束通过SPP后随着传输距离的增大，光斑形状与初始形状相比发生改变；高阶椭圆奇点光束的光斑在传输过程中会发生一定程度的偏转，偏转方向与拓扑荷数的符号有关；高阶椭圆奇点光束在传输过程中，暗核区域发生分裂，分裂出的奇点数等于SPP所产生的椭圆奇点光束的拓扑荷数，而这种分裂情况在一阶椭圆奇点光束中不可能发生。

基于广义惠更斯理论及相干偏振统一理论，研究部分相干径向偏振光束在大气湍流中传输时，光源波长对光强分布，相干性、湍流强度、光斑尺寸及光源波长对偏振度(DOP)分布的影响。理论推导与数值模拟发现：部分相干径向偏振光束在大气湍流中传输时，光强分布受光源波长的影响明显，随着传输距离的增大，光强逐渐由空心分布演化为实心分布。光强完成这一演化所需的传输距离与光源波长有关，光源波长的减小，会造成光强由空心分布演化为实心分布所需的传输距离增大。另一方面，光束DOP 分布也与相干性、大气湍流强度、光斑尺寸及光源波长相关，在确定的传输距离处，光源相干性越高、大气湍流越弱、光斑尺寸越大及光源波长越短，DOP 随半径变化的曲线斜率也越大。随着光束传输距离的增加，这种趋势会逐渐突现。

根据广义惠更斯-菲涅耳原理及交叉谱密度矩阵推导出部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气通信中二阶矩束宽的解析表达式,同时通过对比大气湍流强度、相干长度及光源波长对两种光束在大气通信中束宽展宽及角扩展的影响,说明部分相干径向偏振光束在大气通信中更具优越性.研究表明,部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气湍流中的传输都满足如下规律：大气湍流强度越大,则束宽展宽越大,角扩展越大:光源相干长度越大,则光束受大气湍流的影响越大,角扩展越小:光源波长越长,光束受大气湍流的影响越小,角扩展越大.但大气湍流强度、光源相干长度及波长三方面对部分相干径向偏振光束束宽展宽的影响远小于其对高斯光束束宽展宽的影响,即同一参数下,高斯光束束宽展宽远大于部分相干径向偏振光束束宽展宽.此外,高斯光束的角扩展不仅与上述三参量有关,还受其光束束腰宽度影响,而光束的束腰宽度对部分相干径向偏振光束的角扩展并不产生影响.以上结论表明部分相干径向偏振光束相对于高斯光束更有利于在大气湍流中传输,同时关于大气湍流强度、光源相干长度及波长三参量的研究,对于部分相干径向偏振光束在大气光通信中的应用具有指导作用.

由光束的近轴传输理论，推导了高斯光束经过多阶螺旋相位板(SPP)后电场的解析表达式，在此基础上对高斯光束通过多阶螺旋相位板后的光强分布和相位分布分别进行了分析。研究发现，和理想的螺旋相位板不同，高斯光束经过多阶螺旋相位板后光强分布具有角向周期性，周期数与相位板阶数相等。阶数为16 时，产生涡旋光束的光斑质量、相位质量比较合适。在相同的情况下，获得较好的相位质量需要更长的传输距离。另外，相位板所提供的拓扑荷数对以上问题影响不大，真正起决定作用的仍然是相位板的阶数。该结论能对实验中SPP 的使用提供指导作用。

基于近轴光束传输理论，对多色径向偏振光束(PRPB)传输中的光强及光谱分别进行了研究。结果表明：在近场区，光源的谱宽增加会使得PRPB 的光斑尺寸有微小增大；在远场区，光源的谱宽增加会使得PRPB 的光斑尺寸有微小减小。在光谱特性方面，观测平面上总存在一个临界位置，其内部点光谱表现为蓝移，外部点表现为红移；无论在近场还是远场，光源谱宽的增加都会使得临界位置远离光束中心。在光源谱宽确定的情况下，远场区观测点的光谱谱移量要明显高于近场区；从PRPB 与多色线偏振高斯光束的对比中发现，在相同传输距离处，多色径向偏振光束的临界位置的半径明显大于多色线偏振高斯光束。

使用螺旋相位板产生高斯涡旋光束时，要求光束中心与螺旋相位板中心对准重合。然而实际上光束中心总会在一定程度上偏离螺旋相位板中心，此时从相位板输出的光束即为离心高斯涡旋光束。对于传统的涡旋光束而言，暗核和质心为同一点，在传输中一直位于光束的中心位置。离心高斯涡旋光束则不同于传统的涡旋光束，对其传输进行了研究。研究结果表明，离心高斯涡旋光束的暗核和质心的位置分离，在传输过程中会发生移动。移动方向由拓扑电荷的符号确定，暗核的移动距离与拓扑电荷的大小无关，质心的移动距离则与拓扑电荷的大小相关。