在通过单目光栅投影系统形成零件三维点云的过程中，零件表面及边界的反光会造成部分点云突变，使后续重建及测量过程出现误差。本文提出一种相位补偿方法，结合物体轮廓信息和相位等级图的递增特性设计图像处理算法，实现对连续相位图的补偿，减小零件表面及边界反光导致的干扰。实验结果表明，进行相位补偿后能使零件表面及边界点云突变的数量减少，提高在零件表面及边界存在反光的情况下三维点云的重建效果。

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.

针对激光反馈干涉术，提出基于相位凝固技术的调制解调方法，用以提高位移测量的分辨率，并设计了利用相位调制器进行调制的位移测量系统.利用调制器进行外腔相位调制，采集调制相位相对固定的干涉光信号，通过解调重构得到被测的位移信息.进行了信号调制、采样、重构技术的研究以及误差分析，并通过仿真验证了方法的可行性.结果表明，采用5点相位凝固采样技术，测量准确度可以达到λ/20.此方法可提高激光反馈干涉术的测量分辨率，实现信号实时采集处理，可用于位移的实时测量.

对目前正成为研究热点的光纤延迟线(FDL)进行了原理和结构特点的分析，总结了光纤延迟线的分类，对光纤延迟线的3个重要应用领域作了详细的跟踪研究。在光纤传感与光学测量领域，分析了激光器线宽测试系统、晶体双折射参数测量系统、光相干层析成像(OCT)测量系统及光相关光谱术(OCS)测量系统，指出了光纤延迟线在这些系统中的主要作用及参数设置；在光纤通信领域，从原理和系统结构上重点分析了高速脉冲串发生器、光缓存器及光编/解码器，指出了目前存在的问题；在微波光子学领域，详细分析了多频光振荡器、微波光纤延迟线、光A/D转换器及光信号相关处理器。指出了关于光纤延迟线技术的最新研究方向主要是提高延时精度、实现连续可调、减小插入损耗和提高工程可靠性。解决这些问题是光纤延迟线实用化的关键所在。