针对共光路菲索型动态干涉仪采集到的4幅条纹图的空间一致性问题, 本文提出一种新的条纹图配准思路, 将条纹图与图像配准在关联度上人为分开, 搭建了专用的图像配准装置, 避免将条纹与十字丝标志点混在一幅图像内而影响干涉仪的测量精度。首先通过本文搭建的条纹图配准装置对4台CMOS相机进行物理配准, 然后利用整体最小二乘法对采集到的同一十字丝刻划板图像进行十字丝提取、交点计算以及旋转量计算, 实现共光路菲索型动态干涉仪条纹图像的点点对应。最后通过试验对比验证, 证明了本文算法的配准精度优于模板重心法的配准结果, 互相关度达到96%以上。

光电轴角编码器作为一种精密测角传感器,其测角精度受到多种因素的影响,其中轴系晃动是影响其精度的主要因素之一。为了研究编码器轴系晃动的规律,利用多种检测方法对轴系晃动进行检测,利用傅里叶谐波数学模型对测量结果进行分析,并结合编码器测角精度检测结果,发现测角精度与轴系晃动的低频谐波之间存在固定的函数关系,采用这种关系可以补偿编码器的测角误差。利用这种方法可以在编码器内部或在线的方式进行实时误差补偿,从而达到提高编码器测角精度的目的。这对相关仪器的测量精度的提高起到一定参考意义。

采用一种空间移相干涉仪测量凹形非球面反射镜光学表面, 使用偏振元件和多幅图像同步采集实现移相, 并对测量得到的干涉条纹采用基于离散余弦变换的相位解包裹算法, 对不连续相位分布采用非加权的最小二乘法进行优化目标函数, 最终重构出被测光学表面的面形。这种结构形式的干涉仪具有一定的抗振能力, 同时在数字图像处理上优化了算法, 能够快速稳定地得到被测面形, 而且对硬件要求不高。结果表明: 这种算法能够适用于非实验室条件下的光学测量, 在一定干扰条件下可以达到较高的测量精度。

在数控系统中EnDat2.2接口协议因其高速率、高智能和高可靠性而得到广泛应用。针对数控系统对EnDat22协议的接口系统的需要和替代厂家昂贵接口板卡，分析了Endat22通信协议，采用FPGA开发了双路独立EnDat22译码模块，并集成了CRC校验功能，设计了双路绝对式编码器的数据传输电路，并在LC181光栅尺上进行了应用和测试。测试结果显示该电路可以快速准确地传输数据，证明了该接口电路的可行性。

为了降低大气湍流和通信终端相对运动对通信系统性能造成的影响，对采用了圆偏振调制原理的通信系统进行了研究。激光的圆偏振特性在大气传输中变化很小，且圆偏振光具有旋转对称性，系统的性能不受两通信终端相对运动的影响，降低了技术的实现难度，具有很高的可靠性，特别适用于移动通信终端。介绍了两种圆偏振调制方式，推导了线偏振态与圆偏振态之间的转换过程，为圆偏振编码解码提供理论基础。针对这两种调制方式，提出了具体的实现方案，并设计出了圆偏振调制激光通信系统，在该系统中可验证两种编码方式，且结构简单、实现方便，可作为星载通信终端。并进行了简单的圆偏振编码通信实验，实现了数据发射和接收，证明了圆偏振调制的可行性。

受激发射损耗(STED)显微术利用荧光饱和与激发态荧光受激损耗的非线性关系，并通过限制受激辐射衰减的区域, 减少荧光光斑大小，获得小于衍射极限的发光点来提高系统分辨率，从而突破远场光学显微术的衍射极限分辨力限制来实现无接触三维成像。基于受激辐射损耗抑制的物理过程，论述了发生损耗抑制的工作机理和工作条件，介绍了STED系统的分辨率及系统组成，并详尽综述了双光束、双光子、双色、4Pi及松散三重态等STED最新拓展应用技术。最后说明了最新激光技术的进展为开发实用STED技术提供保证，展望了该技术未来发展的重点及应用前景。

将矢量衍射数值算法-严格耦合波分析用于精确计算亚波长闪耀光栅的衍射效率，并分析其衍射特性。建立了闪耀光栅的电磁介质模型，并将楔形不规则结构简化为多层矩形光栅结构，通过电磁场的介质分布建立严格耦合波方程。根据边界条件求解出各层的电磁场分布，再通过增透矩阵方法将各层电磁场依次迭代，求解出了整个结构的衍射效率。计算分析显示，对闪耀角为11.3°、周期为500 nm的金属铝闪耀光栅可以得到高于90%的衍射效率和相应的闪耀级次。实验表明这种矢量衍射数值算法具有较高的准确性，可以推广应用于高致密刻线复杂光栅的衍射计算分析。

针对电机伺服控制系统利用编码器角位置信息预测角速率的需求，提出并实现了一种基于平稳卡尔曼滤波的编码器信号处理方法。首先，分析了典型电机系统的结构及测量噪声编码器的组成，在此基础上建立了电机系统和编码器的参数化数学模型，并根据电机系统和编码器模型给出了统一的参数化平稳卡尔曼滤波器设计结果。在Matlab/Simulink环境下完成了电机、编码器和卡尔曼滤波器的仿真模型，并利用不同参数对参数化平稳卡尔曼滤波器的普适性和滤波效果进行了预测。最后，搭建了实验平台，对仿真结论进行验证并对滤波性能进行了实测。仿真和实验结果表明：参数化滤波模型对典型电机系统具有普适性，自适应平稳卡尔曼滤波器可以利用编码器信号实现角速率的最优估计，误差标准差为0.021 (°)/s，最大误差可以控制在0.06 (°)/s之内，能够满足一般电机伺服系统对角速率精度的要求。

为解决高密度圆光栅的工程应用难题，应用光栅自成像原理，用较大的光栅副间隙获得了高质量的莫尔条纹信号。文中用傅里叶光学理论分析了单色平面波照明下的双光栅菲涅耳衍射场，建立了双光栅菲涅耳衍射场光强分布的数学模型，并用MATLAB 软件对光栅菲涅耳衍射像光强分布和莫尔条纹信号进行了数值仿真，分析了各种参数对莫尔条纹信号的影响，最后通过信号提取实验对理论分析进行了验证。

针对编码器日趋小型化的技术要求,本文提出一种全新的编码方式和独特的读数头设计结构,成功研制出了超小型准绝对式编码器。该新型编码器采用准绝对式编码方式,即距离编码与增量式编码进行组合编码,只用两圈码道进行编码,极大减少码道数量,整周设多个绝对参考位置,可迅速获得绝对位置信息。采用单读数头结构和相位补偿技术,缩小结构尺寸,直径Φ25mm,经过电子学细分后可到达16位的分辨力,从而实现高精度编码器小型化。