光纤法布里-珀罗(F-P)传感器反射光谱的对比度直接影响解调精度, 利用模式耦合理论分析了端面倾斜角度对F-P传感器的反射光谱对比度以及信号强度的影响。通过理论和试验证明:随着光纤端面倾斜角度的增大, 反射光谱对比度迅速下降, 当角度达到5°以上时, 反射光谱无法解调。

在光纤F-P可调谐滤波器进行滤波调谐的过程中经常会出现光纤端面偏移的问题, 从而导致其滤波性能下降。通过ZEMAX光学仿真软件对其光纤F-P腔部分进行仿真, 模拟两光纤端面发生径向偏移和产生倾角时的情况, 通过对仿真结果分析得出当发生径向偏移时将会导致光纤F-P可调谐滤波器的峰值透过率减小, 插入损耗增加; 在产生倾角时将会导致光纤F-P可调谐滤波器的3dB带宽增加以及阻带抑制能力减弱, 而当倾角大于0.005°时其滤波性能将会发生明显衰减。

对衍射光栅式光纤光栅解调器件的温度特性进行了研究。利用有限元软件ABAQUS对不同材料解调器件的结构件在高低温情况下的形变量进行了仿真。根据仿真得出的变形量, 通过光路计算, 分析了结构件的变形对光电探测器像面上的不同波长光束成像位置的影响。对硬铝、45#钢和殷钢这三种不同材料的解调器件进行温度试验, 发现对于不同材料的器件, 不同波长对应的温度漂移不同。硬铝材料解调器件的温度变化与波长偏差的线性关系不明显。45#钢和殷钢材料的解调器件的温度变化与波长偏差的关系近似线性, 而且波长值越小波长随温度变化的曲线斜率越大。可见, 为了提高这类器件的温度稳定性, 需要从材料、结构、工艺以及软件等方面进行综合补偿。

扫频光源是光纤传感解调的关键部件，高质量的扫频光源可提高光纤传感系统的信噪比和解调精度。研制了一种基于傅里叶域模式锁定（FDML）的扫频光源。光源采用环形腔结构，由半导体光放大器（SOA）、光纤法布里-珀罗(FP)可调谐滤波器、隔离器、光纤耦合器和光纤延迟线组成。同时设计了基于FP 腔的滤波器，对输出光谱进行平坦滤波。得到扫频范围为60 nm(1506~1566 nm)，扫频速度为250 Hz，平坦度优于0.3 dB，线宽小于0.16 nm，平均输出光功率为4.53 mW 的扫频光源。研制出的扫频光源结构简单、成本低廉、平坦度好，在光纤传感解调系统中作为光源有一定的实用价值。

研究并实现了一种基于衍射光栅的FBG解调系统, 针对该解调系统从理论上分析了光纤内的模式分布, 分析了由FBG引起的模式间耦合效应。根据高斯光束经过该系统后的空间光强分布, 采用多项式拟合的方法实现了反射光谱峰值定位算法。通过与高精度光谱仪的测量结果对比表明, 该解调方法具有较高的波长解调精度和稳定性。由于系统中不存在扫描机构, 该技术可以实现较高的动态扫描频率。

双轴共焦显微技术具有独特的非共轴结构, 与传统单轴共焦显微技术相比可利用较低数值孔径物镜实现较高的轴向分辨力, 且具有工作距离大、信噪比高等优势。对基于CCD虚拟针孔(VPH)探测的双轴共焦显微成像系统的空间分辨特性进行了理论分析, 并构建了相应的实验系统, 对其轴向响应进行了实验验证。实验中照明物镜NAi＝0.117, 采集物镜NAc＝0.106, θ=45°, 得出系统轴向半高宽(FWHM)为2.63μm, 比同等参数(NA＝0.117)下单轴共焦显微系统的轴向FWHM高出约20倍。

点探测器的位置是决定双轴共焦显微技术层析能力的关键因素之一,理想的共焦显微成像系统要求点探测器放在光轴上并且没有离焦情况出现。通过理论和实验分析了点探测器偏离理想位置对双轴共焦显微技术的轴向响应特性造成的影响。结果表明,点探测器的微小轴向偏移对轴向响应特性造成的影响基本可以忽略,但点探测器的微小横向偏移会使轴向响应曲线沿着z轴方向产生一定的移动,移动量随着偏移量的增大而增大。

非共轴激光共焦显微技术是近年来激光共焦显微成像领域发展起来的一种新型成像方法。该成像方法将被测样品与照明光轴成一定角度放置,使得照明光轴与采集光轴形成一定的夹角,减小系统合成焦体体积、提高轴向分辨力。与传统的共焦显微技术相比,该方法可以有效兼顾激光共焦显微系统的轴向分辨力、工作距和视场大小。介绍了非共轴激光共焦显微技术的成像原理,详述了共焦theta显微技术和双轴共焦显微技术这两种典型的非共轴激光共焦显微技术的研究现状和发展趋势,简述了在双轴共焦显微技术领域的研究设想。

针对激光测距机瞄准轴与接收轴一致性的测量,提出了一种新的方法--矩形点阵法,并通过大量的实验验证了此方法的可行性.通过对结果的计算和误差分析,确定了此方法能够使激光测距机的发射次数在50次以内,测量精度达到10"以内.为激光测距机瞄准轴与发射轴平行性的自动测量提供了一种途径.