利用相干或部分相干光被粗糙表面散射产生的散斑现象进行表面粗糙度测量是一类有应用前景的在线测量技术。研究了窄带连续谱光束被随机粗糙表面散射形成的远场散射光场的散斑延长效应和将其应用于表面粗糙度测量的可行性。理论和模拟研究表明: 随着观测点逐渐远离散射光场中心, 散斑延长率越来越大; 在相同的观测位置, 表面的粗糙度越小, 散斑延长率越大。构建以超辐射发光二极管(Superluminescent Diode,SLD)为光源的实验系统, 以散斑延长率衍生的光学粗糙度指标来衡量表面粗糙度, 对电火花加工的表面粗糙度对比样块进行粗糙度测量实验, 结果表明光学粗糙度指标随着被测表面粗糙度的增加而单调递减。比起一组分立波长的光源, 采用窄带连续谱光源的表面粗糙度测量系统有更大的测量范围。

为探讨光热辐射(PTR)技术检测金属材料亚表面缺陷的能力, 理论分析了双层材料在强度调制激光束激励下产生的热波幅值和相位, 实验检测了阶梯型钢板样品、铝/钢质盲孔阵列样品和钢质填锡盲孔样品的光热辐射信号。对于直径分别为2.5, 2.0, 1.5 mm, 孔底厚度分别为0.2, 0.4, 0.6 mm的铝质盲孔阵列样品, 实验得到的光热辐射相位分布显示了盲孔直径和孔底厚度的可区分性。对于钢质盲孔阵列样品, 在盲孔填锡前后的光热辐射相位分布显示出一定区别。实验结果表明: 聚焦光斑的光热辐射检测能探测到深度小于或约等于面层材料热扩散长度, 截面积约等于或大于光斑面积的铝或钢内气孔缺陷。

在进行激光(单)三角测量时，投影光束轴线的偏摆或投影光束在物面反射率不均匀处反射光斑重心的偏移会造成物面轮廓高度的测量误差。提出了采用双三角光路修正投影光束轴线偏摆和投影反射光斑重心偏移的方法，推导了修正公式；通过对物面反射率突变处轮廓高度的测量实验，验证了修正方法及公式的正确性；对灰度条模板表面轮廓进行双三角测量，轮廓高度均方根偏差小于0.07 mm。

只有一个成像透镜的激光三角测量系统不适于测量沟槽轮廓。因为系统的投影光轴与成像光轴成一定角度，沟槽的陡峭边沿会遮挡物体表面照明点的漫反射光进入成像透镜，形成测量死角。为解决这个问题，在满足Scheimpflug条件的激光三角测量法基础上，开发了测量沟槽轮廓的激光双三角测量系统；讨论了像斑探测器积分时间的自动调节、像斑强度分布数据的数字滤波、像斑中心位置的提取和成像光束被凹槽边缘遮蔽的像斑的判别等问题；通过标定实验，确定了双三角测量映射关系。对轮胎胎面轮廓的静态受压变形测量实验表明本系统测量沟槽轮廓的有效性，其可测量的轮胎花纹沟槽轮廓深宽比达到1。

在物面系综平均双波长散斑相关法基础上，提出了双波长数字散斑相关方法测量表面粗糙度；模拟研究了双波长散斑场空间相关参数及在两单波长散斑图像中样本子区与目标子区的位置关系；实验探讨了数字图像处理的窗口尺寸对空间相关峰值的影响；对平磨和抛喷丸表面样块的粗糙度测量实验表明，双波长散斑场空间相关参数能有效表征表面粗糙度。新的测量方法具有数据采集速度快、表征参数稳定性好的特点。

粗糙表面产生的多波长远场散斑图案的散斑延长现象可以用来进行表面粗糙度测量。以抛喷丸表面为研究对象，具体介绍了多波长散斑自相关表面粗糙度测量方法。根据多波长散斑图案的各向同性径向辐射的特征，提出了适用的数字图像处理方法。探讨了局部自相关函数特征长度的选取、数字图像处理过程中的局部窗口尺寸和散斑图像的饱和曝光比等因素对散斑延长效应的影响。通过拍摄和处理每一样品表面多个位置的多波长远场散斑图像，计算了R_{a分别为0.4,0.8,1.6和3.2 μm的表面样块的光学粗糙度指标值。结果表明，该光学粗糙度指标能很好反映被测表面的粗糙程度。}

基于角度散斑相关原理开展了对喷砂表面粗糙度样块的粗糙度测量实验研究。通过对散斑图像数据的处理和分析,提出了求取角度散斑相关系数最大值的滑动相关算法。该算法能有效克服表面不平度、波度等因素的不利影响。从最佳测量条件出发,提出了最佳入射角增量的概念,并在此基础上形成了包括散斑图像采集过程和图像数据处理方法在内的一整套表面粗糙度测量方法。该测量方法的核心是对被测表面的多个激光照明区域和多个激光入射角下的远场散斑图像的采集及数据处理。实验结果表明,应用本测量方法得到的轮廓均方根偏差最佳估计值σp与表面样品给定的轮廓算术平均偏差Ra成很好的线性关系。

粗糙表面在多波长激光束照射下形成的多色散斑场显示出散斑延长效应,利用此效应可以测量表面粗糙度,并且测量结果在一定条件下不受粗糙表面横向特征的影响。通过模拟计算随机粗糙表面的多色散斑场,以空间平均的多色散斑场局部自相关函数研究了平均散斑延长率〈χ〉对表面轮廓均方根偏差σh的依赖关系,分析了测量系统因素,如入射激光波长组合、成像器件光敏单元尺寸和动态范围对测量结果的影响。结果表明,以空间平均的局部自相关函数代替集平均的散斑自相关函数描述多色散斑延长效应是有效的;为达到一定的粗糙度测量精度,应选择合适的入射激光波长组合和合适的成像器件光敏单元尺寸。

角度散斑相关是一种不受表面粗糙度轮廓的间距特性影响的粗糙度幅度参量测量方法, 它的数学模型通常建立在集平均的基础上。通过模拟计算随机粗糙表面的远场散斑场, 以散斑图面上的空间平均代替常规的集平均来计算角度散斑相关系数, 并应用集平均的数学模型反演粗糙度参量。结果证实了这种空间平均角度散斑相关粗糙度测量方法的有效性, 在同一表面只需对少数个区域进行测量并对测得的粗糙度参量取平均, 即可获得足够的测量精度。对于Rq大于2.0 μm的表面, 测量相对误差小于15%。根据最佳测量条件, 该方法适用于大粗糙度表面。

研究了原子束的传输特性、激光冷却的效果及应用刀口技术实现μK量级冷却温度的测量,得出如下结论:原子从原子炉的出射口发射出以后,不论是否经过激光冷却,原子运动的距离越长,分布的均匀性越差.激光冷却可使原子炉出射原子的横向速度降低几个数量级,使原子束经传输后的横向分布均匀度大大提高.刀口技术可用来测量激光冷却后的温度,测量精度主要由测量荧光的CCD的像元尺寸决定.这些结论对深入开展激光冷却实验具有重要的意义.