准确的双折射特性测量对于液晶的实际应用具有重要意义。研究了液晶材料的工作原理, 以激光回馈效应为基础, 搭建了各向异性外腔回馈双折射测量系统, 对不同驱动电压下液晶的双折射特性进行测量。测量结果表明, 各向异性外腔回馈双折射测量系统测量精度在0.3°之内; 通过施加0~24V交流电压, 液晶材料双折射率在2.74×10-1~2.39×10-3范围内变化, 对应各向异性呈现出460°~5°的大范围位相延迟值。电压范围在0.7~2V时, 电压-双折射率关系表现出较好的线性度, 通过线性拟合对该范围内电压-双折射率关系进行计算, 其线性度优于95.5%。液晶材料可以提供稳定的位相延迟, 同一电压值下的位相延迟短期重复性优于0.52°, 长期重复性优于4.5°。

提出一种基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统, 将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应, 使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应和设定浮动阈值, 研制了新型的激光器纳米测尺。以激光波长为尺子, 具有可溯源性, 在没有任何电细分的条件下达到了纳米量级的分辨率, 与激光干涉仪的比对实验表明, 该系统的分辨率为79 nm, 量程为15 mm, 线性度为5.4×10-5, 标准差为380 nm。

星载光电成像系统可实现对空间目标的有效探测，而探测距离是评价系统性能的重要指标。以太阳辐射特性和深空背景特性为基础，分别建立了几何成像因素、探测器灵敏度、信噪比和成像分辨率影响下的系统作用距离的数学物理模型，推导了系统作用距离的表达式，对作用距离与曝光时间、探测器像元尺寸、有效通光口径等影响因素之间的关系进行了数值模拟研究。研究结果表明，对于有效尺寸为2 m×4 m、平均反射率为0.3 的平面目标，当光学系统口径为100 mm、焦距为500 mm、探测器像元尺寸为3.5 μm 时，系统对目标的最大作用距离为12 km，作用距离主要受成像分辨率的限制。研究结果可为星载光电成像系统的设计以及系统性能评估提供一定的基础。

以目标成像点的扩散理论为基础，建立小目标在空域上的灰度特性模型，分析目标、背景和噪声的基本特性。由形态学开闭运算得到各像素位置的灰度变化值，再根据此值确定潜在目标区域。研究了各潜在目标区域的多方向多级梯度特征，实现了单帧图像的小目标检测。研究结果表明，该方法能够有效抑制不均匀背景杂波，增强目标信号，提高单帧亮暗点目标的检测能力。对于信噪比为0.89的图像，可获得34.74的信噪比增益。

星载光电成像系统可实现远距离空间目标的探测与识别，而探测距离是系统的主要性能参数。以空间目标反射太阳光为基础，建立了系统极限探测距离的数学物理模型，分析了影响探测距离的因素，对极限探测距离与太阳光入射方向、光学系统的有效通光口径、探测器的信噪比阈值以及曝光时间的定量关系进行了数值模拟研究。研究结果表明：增大光学系统的有效通光口径可实现系统探测能力的显著提升；当信噪比阈值和太阳光入射角同时变化时，降低信噪比阈值可有效提高系统的探测能力，并且此时太阳光入射角的变化对系统极限探测距离的影响较小。