光力加速度计的测试质量不受外界环境干扰并且它的光学检测精度高，可实现超灵敏加速度探测，广泛应用于各种惯性导航、超精密微重力探测、娱乐等领域。光力加速度计系统分为装载、光阱捕获、位移探测与冷却反馈四大模块，从实践角度分别对各模块现有技术进行梳理总结。未来，光力加速度计会以各模块简约化与紧凑化为目的进行发展，与此同时，其加速度探测精度与可靠性也会不断提升。

针对大型风力发电机机组中常见的脉动湍流、风机尾流与涡流等湍流信号, 研究了利用自然梯度下降的独立分量分析方法的湍流频谱分离效果, 以区分中心风速与湍流信号, 提高风机机组的综合工作效率。首先分析了风机组中常见湍流信号的后向散射与频谱分布特点, 然后依据这些特点设计了对应的独立分量分析模型。在仿真结果符合要求的基础上, 进行了双目激光雷达天线的风速采集与实际分离效果检测。实验结果表明, 在大气折射率结构常数C2n≤10－14同时广义大气常数α≥4的通常情况下, 利用双目信号能够分离出一个湍流中心和一个中心风速。对1 s内两个谱峰的波动范围进行统计, 获得(2.59±0.05) MHz的中心风速以及(1.22±0.19) MHz的湍流中心估计, 且二者的平均信噪比分别为25.93 dB和31.01 dB, 能够在获得稳定的中心风速估计的同时得到一个较为稳定的湍流中心估计。

激光线宽对光学相干探测系统的探测范围、精度和噪声特性都有重要影响。为精确测量半导体激光器的线宽值, 提出了通过解调短延时自外差的干涉谱来实现高精度窄激光线宽测量的新方法。搭建短延时的自外差干涉测量系统, 得到半导体激光器的干涉谱, 通过设计算法对干涉谱的相干包络进行解调, 最终获得了严格的洛伦兹线型谱和相应的谱线宽度, 通过理论分析、仿真和实验验证了该方法的可行性。该方法可以忽略因1/f频率噪声产生高斯展宽带来的影响, 与传统线宽测量方法相比, 该方法的测量结果更加精确。

为提高车载激光多普勒测速低信噪比时的测速精度，同时保持较好的实时性，基于自相关检测算法在车载激光多普勒测速中的应用进行了理论与实验研究。从速度估计的克拉美罗下限（CRLB）出发，将自相关后信噪比与采样点数的关系和频域内信噪比估计相结合；不同原始信号的信噪比，可以选取最优重数和采样点数以便对信号进行自相关处理，从而减小计算量，实现系统信噪比和探测概率的提高。仿真和实验结果表明，在信噪比不低于-10dB时，二重自相关可以使系统速度估计精度接近CRLB。

针对大模场双包层光纤在光纤输出隔离器中的应用, 根据模式传输理论分析了单模激光在多模光纤中的传输特性。多模光纤与单模光纤无偏心的连接, 经单模光纤传输的光在多模光纤中激发出一系列相互叠加的LPon模。利用有限差分光束传播法(FD-BPM)分析波长为1 064 nm时双包层光纤的模式传输, 利用耦合模扩散理论分析了包层中模场和纤芯中模场的相互影响。结果表明: 因为包层模的存在, 光纤输出隔离器的性能受到影响, 插入损耗增加36%。

基于磁场设计原理及法拉第隔离器对高功率的需求, 提出了一种具有径向补偿特性的永磁系统(RCPMS), 分析了其磁场分布不均匀度对激光偏振态旋转角度(LPR)的影响, 以及LPR的变化对法拉第隔离器性能的影响。研究结果表明, 在RCPMS中, LPR的变化量减小至未补偿情况下的20%, FI的退偏度降低了10倍, 这对于FI应用在高功率激光系统具有重要意义。

激光多普勒测速仪(LDV)能够实现载体速度的高精度测量, 从而满足航空航天领域对高精度导航的需求。目标速度测量是建立在回波信号成功检测的基础上进行的, 因此微弱多普勒信号检测是LDV的关键技术。根据光频段噪声频谱特性, 提出了对有用信号频率进行带阻滤波、利用剩余噪声强度估计总体噪声强度的方法, 设计了频域内基于噪声强度估计的自适应阈值信号检测算法。通过与传统的固定阈值算法的对比仿真和实验, 表明该方法具有更好的探测性能, 能够在保持较低恒定虚警概率条件下实现对高于信噪比为-9 dB信号的完全检测, 具有抵抗噪声强度的起伏变化、算法简单、适用性强等特点。

为提高光隔离器在高功率激光条件下的工作性能，基于琼斯理论研究了隔离器的热致退偏效应，设计了一种外置补偿晶体的隔离器，着重分析了隔离器隔离度及热透镜效应随入射光功率的变化规律。结果表明：通过调整氟化钙晶体的晶轴方向和长度，隔离器的热致退偏和热透镜效应可以得到有效抑制。在100 W激光条件下，外置补偿晶体后隔离度提高了16.3 dB，功率损耗降低8%。研究结果可优化设计隔离器结构，有效提升高功率隔离器的隔离度并减小功率损耗。

基于Halbach阵列永磁体的特点以及光隔离器对磁场的需求,设计了两种适用于高功率隔离器的永磁系统, 分析了其磁场分布、磁场非均匀性对隔离度的影响, 研究了磁体装配误差对磁场的影响。研究结果表明: 通过引入斜向磁化永磁体, 选择合适的磁化角度和磁体长度, 可以提高永磁体的磁场强度, 大幅度减小旋转器所需磁光晶体长度；受磁场非均匀性影响的隔离度与磁光晶体的孔径、长度以及入射激光的光斑半径有关, 当晶体长度一定时, 减小晶体半径和入射光的半径可以显著提高隔离度。在入射光半径为1.5 mm、磁光晶体半径5 mm时, 对应的隔离度分别为105.8 dB和45.4 dB。

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频, 采用相位调制光外差(PDH)激光稳频技术, 搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字式解调和反馈控制电路, 在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调, 再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明, 在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调, 经Allan方差计算, 频率漂移的方差值可达10-11, 即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。