受限于空间光调制器(SLM)有限的刷新速率,现有的基于SLM的多模光纤(MMF)成像方法并不能满足对活体生物组织内窥成像的需求。考虑到数字微镜器件(DMD)的刷新速率比SLM高两个数量级,因此提出了一种基于DMD二值振幅调制的MMF出射光斑聚焦扫描技术。理论分析表明,MMF出射端任意聚焦区域内的总光强与DMD子区域的振幅调制系数之间存在二次函数关系,因此,通过DMD对MMF入射波前进行二值振幅调制,可实现对MMF出射光斑的聚焦和扫描。对于给定数目的可调制子区域,该二值振幅调制算法的调制次数是基于纯相位迭代优化算法的1/256,是基于三步移相最优相位算法的1/3。基于该技术实现了对长度为5 m、直径为105 μm的MMF出射光斑在三维空间上的聚焦和扫描。研究表明,该技术具有调制速度快、算法可靠性高、聚焦点均匀性好等优点。

提出了一种基于荧光强度比值法的光纤温度传感器并通过实验来具体探究其性能。实验中采用塑料光纤来传导激励光，以及接收罗丹明B 和罗丹明110两种荧光物质发出的荧光。由于罗丹明B 对温度敏感而罗丹明110对温度不敏感，因此可通过计算两种物质的荧光强度比来标定温度。为了得到理想的测温性能，进行了大量实验以确定出可用于比值法的最佳荧光光谱范围。该传感器在25~60 ℃的范围内能稳定工作，可获得0.38 ℃的最小均方误差及0.0134 /℃的灵敏度。此外，通过实验证明该传感器对曲率半径大于9 mm 的光纤弯曲不敏感；在现场温度测量方面有较大的应用潜力。

基于荧光强度比值法, 设计了一种使用两种荧光染料的光纤温度传感器.实验中, 罗丹明B和罗丹明110分别为对温度敏感和对温度不敏感的荧光传感物质, 利用聚合物光纤来传导激发光及接收荧光.由于两种染料的荧光谱峰相距60 nm, 因此容易将二者对应的荧光谱分开.通过确定能代表两种染料的最优荧光光谱范围, 获得具有良好线性度的温度-荧光强度标定曲线.实验研究了不同浓度的荧光染料对标定曲线的影响, 当染料浓度为0.3 g/L时, 可获得0.28℃的最小均方误差及0.0128/℃的灵敏度.此外, 该传感器还具备一定的抗光源扰动和抗荧光染料漂白的能力.

提出一种基于虚拟样机的光纤旋转连接器损耗的分析方法. 建立了道威棱镜系统中的光线输入-输出方程, 采用光线追迹和解析模型的混合架构建立了齐次坐标系下的光线分析模型.模型中的输入误差包括输入、输出准直透镜和道威棱镜的角度和位移误差、轴承游隙和齿轮准确度;对30 000个角度准确度±100″、位移准确度±0.01 mm的随机误差样本的损耗特性进行计算, 结果表明: 若要使公差引起的最大损耗小于4 dB、损耗分布P(X>3 dB)小于0.5%,则光纤旋转连接器中准直透镜和道威棱镜角度误差必须控制在±1′以内.

SF6气体在放电或过热时会发生电离和分解，产生多种气体分解物。这些分解物会影响电气设备的绝缘性能。但现有的红外气体检测手段均无法对SF6分解气体进行现场在线测量。根据实际需求，本文根据光栅分光的原理设计了一种红外光谱检测系统。该系统可对SF6分解气体的成分和含量进行实时测量，可在电气设备带电运行的状态下进行在线测量。测量数据为分析设备的性能和安全状况提供有力的依据。

光纤旋转连接器经过近30年的发展，技术上已经取得了很大的进步，并趋于成熟。对光纤旋转连接器的主要功能及其最新进展进行了综述，介绍了道威棱镜式、波分复用式和反射镜式3类多通道光纤连接器的原理、技术和特点，对3类系统进行了比较，列出各类连接器的优缺点。最后对光纤旋转连接器适用场合进行了简要介绍。

针对氩弧焊的特性，利用机器视觉技术实现了一种对氩弧焊熔池宽度进行测量的实时视频测量分析系统。在焊池宽度测量中采用了基于DSP的图像分析技术，不仅保证了测量精度，而且提高了系统的实时性。实验表明：该系统对氩弧焊焊池宽度测量精度高(10μm)，响应时间快(50 ms)。这种在线式氩弧焊监控系统相对于离线式氩弧焊产品来说，在加工产品的质量控制效果以及成本上都有更大的优势，非常适合流水线上不间断的高质量焊接加工，具有良好的应用前景。

基于Mirau相移干涉法,在实验室环境下对微透镜阵列的微表面形貌进行了轮廓测量.实验使用He-Ne激光器作为光源,干涉成像系统由Mirau干涉物镜和其他光学元件组成.在实验中使用压电陶瓷执行器作为相移器,通过5步相移法计算待测表面形貌.实验结果表明,基于Mirau相移干涉法对微透镜阵列面形的测量,水平分辨率达到1.1 μm,垂直测量准确度达到6.33 nm,垂直测量范围为5 μm.对于微透镜阵列的面形测量,通过将微透镜阵列划分为若干微小区域以保证局部面形最大高度小于5 μm,然后辅以精密平移机构进行若干次5步相移法测量局部面形,再利用相位重建所得的数据进行拼接和3D轮廓重建,最终得到整个微透镜阵列的精确微表面形貌.

采用MMA单体与其聚合物PMMA及掺杂剂的混合溶液,以按需滴定法制备了掺杂若丹明6G的微透镜阵列.并对其焦距一致性、成像效果、表面粗糙度、透射光谱和荧光光谱等光学性能进行了测试.焦距不均匀度不超过1.8%,测定数值和理论值相差不到1.7%.表面热处理后表面粗糙度Ra小于0.9nm,光学透过率从近紫外到近红外都在90%以上,可以用于光纤放大器和生物化学传感器.

采用高分子聚合物-单体混合溶液按需滴定-原位热聚合的新方法制作折射微透镜及其阵列.制备透镜的主要材料是甲基丙烯酸甲酯及其聚合物.制备的微透镜直径在1 mm～3 mm范围内,矢高为100 μm～400 μm,透镜焦距在1 mm～4 mm之间.所得微透镜在波长λ=1.55 μm处有很好的光学透过率(90%),适于作光通信耦合器件.用AFM-Ⅱ型原子力显微镜测得微透镜阵列的表面粗糙度Ra约等于0.9 nm,并通过液体的表面张力理论分析了微透镜的形成机理.