实现了利用铯原子圆二向色性激光稳频(DAVLL)技术保证频率的非共振锁定并连续可调。介绍了DAVLL技术用于稳定激光频率的基本原理，指出由于Cs原子复杂的能级结构，导致简单的DAVLL技术此处不再适用，并且发现稳频曲线的零点与磁场强度的大小有关；利用饱和吸收光谱测量磁场对DAVLL谱线鉴频零点的影响，发现激光频率在以Fg=4→Fe=5跃迁红失谐105 MHz为中心50 MHz范围内线性可调，频率稳定度可达3 MHz。

分析了铯(Cs)原子作为旋光介质的线性法拉第磁光效应。采用二能级模型解释了铯原子与光的相互作用, 并利用琼斯矩阵推导了当激光器的频率处于铯原子共振线时, 经过铯气室的线偏振光的旋转角与外加磁场的关系式, 利用此关系式可测量磁场强度的大小和气室内铯原子的浓度。实验采用852nm分布反馈半导体激光器作为光源, 依次通过起偏器、铯气室和偏振光束分裂器, 测量了法拉第旋转角与磁场的关系曲线以及铯原子浓度, 测量值与理论值基本相符。

分析了线性双折射对光学电流互感器(OCT)电压输出的影响,指出了差除和信号处理方案检测输出光信息的不完备性问题,用琼斯矩阵理论证明了差除和方案不能独立检测块状玻璃传感头中线性双折射的结论。提出了光学电流互感器的椭偏检测方案,从椭圆偏振光参量方程出发,推导了温致线性双折射、法拉第旋转角与输出椭圆偏振光椭率、倾角之间的解析式,证明了椭偏检测法对输出光信息检测的完备性,实现了温致线性双折射和待测电流的同时测量。为保证实时性,提出了输出椭圆光的三态检测方案,采用水平、垂直和45°三个偏振态的实时检偏,既克服了线性双折射的影响又实现了待测电流的实时测量,从检测原理上解决了温致线性双折射对光学电流互感器的影响。

提出了用于大电流测量的法拉第镜式光学电流互感器方案.采用琼斯矩阵分析了互易性光学量联合作用对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响,做了计算机仿真验证;利用椭率概念定量分析了输出偏振光的椭圆退化问题,计算了输出光椭率与互易性光学量的关系;在输出光的椭圆退化问题上与单层保偏膜式光学电流互感器方案进行了对比.结果表明,在互易性光学量联合作用的条件下,法拉第镜式光学电流互感器的输出光仍保持线偏振状态,这将改善由温度引起的互易性光学量变化对系统工作稳定性的影响.

介绍了闭环反馈控制法稳定法布里珀罗型光纤水听器相位工作点的基本原理,给出了法布里珀罗型光纤水听器的声压相移灵敏度的表达式,推导了法布里珀罗干涉透射光强替代函数的傅里叶变换解析式,用MathCAD软件绘制了该式对应的傅里叶变换谱线,通过谱线可以直观地了解系统输出信号的组成和特点。在实验中用频谱分析仪器记录了法布里珀罗型光纤水听器透射光强的傅里叶变换谱,与软件仿真的理论谱线较好地吻合。通过实验进一步指出反馈临界点频率的选择方法,检验了反馈控制法在法布里珀罗型光纤水听器相位工作点稳定过程中的实际效果,证明了该方法的可行性。

介绍了法布里珀罗干涉型光纤水听器的工作原理, 指出了工作点的选择依据及系统的实现方案。绘制了理想情况下光纤法布里珀罗干涉的谐振曲线。用光弹学理论分析了光纤的应力双折射问题和谐振腔内模式分裂问题。用模式分裂的原理解释了水听器的谐振曲线畸变现象, 提出了描述谐振曲线畸变的数学公式, 用MathCAD软件仿真了模式分裂后水听器的干涉过程并绘制了理论曲线。用实验方法测量并记录了模式简并及分裂条件下各种谐振曲线的形状, 通过实验照片与仿真曲线进行对比, 理论仿真与实验结果吻合,这说明用光纤模式分裂理论解释谐振曲线畸变现象是可行的。

针对“折返式光路在可使Faraday效应加倍的同时消除线性双折射的影响”的说法，导出了具有折返光路的正交共轭反射式(OCR式)、直接反射式(DR式)及屋脊棱镜反射式(RPR式)光学电流传感器模型的等效传输矩阵．结果表明，当不存在法拉第效应时，OCR式折返光路可以消除线性双折射影响，DR式以及RPR式折返光路不能消除线性双折射的影响；在法拉第效应与双折射同时存在时情况下，上述三种折返光路都不能消除线性双折射的影响．因此，这一说法至少在采用惯常的差除和信号处理方案的光学玻璃电流互感器中是否成立有待商榷．

通过计算机仿真，运用琼斯矩阵理论分析了Faraday镜预转角对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响．实验测量了Faraday镜实际预转角的大小，测量了外磁场的改变对Faraday镜预转角的影响．外磁场的存在和变化使Faraday镜预转角偏离初始值，并使系统输出光由理想状态下的线偏振光退化成椭圆偏振光，并引起法拉第镜式光学电流互感器工作灵敏度和稳定性的下降．提出了用电磁屏蔽解决外界磁场影响的方法．

线性双折射和反射相移使光学电流互感器输出光偏振态产生椭圆退化并导致灵敏度降低,法拉第镜式光学电流互感器可以有效解决椭圆退化问题。无偏振效应分束器是构成该方案的核心器件,为了准确掌握无偏振效应分束器的性能和作用,用琼斯矩阵建立了无偏振效应分束器和法拉第镜式光学电流互感器的矩阵模型。分析了无偏振效应分束器反射相移对系统输出光偏振态的影响。提出无偏振效应分束器反射相移的测量方案并测出其常温下的实际值为5.02°,绘制了温度实验曲线。用MathCAD软件仿真了系统输出光偏振态图,并分析了椭率与无偏振效应分束器反射相移的关系。指出计量0.2级光学电流互感器所允许的反射相移漂移范围要小于0.1%。所得结果可为光学电流互感器的实用化研究提供参考。

以琼斯矩阵为数学工具,利用理论分析和计算机仿真的方法研究了块状玻璃光学电流互感器传感头的色散特性对系统灵敏度的影响,并进行了实验验证.在光学电流互感器系统中,光源的驱动电流与环境温度改变,都会造成光源峰值波长移动.而在传感头中主要是由单层保偏反射膜的反射相移、光学玻璃的Verdet常数以及光学玻璃内的线性双折射这三个因素的色散特性,使得光学电流互感器的灵敏度随光源波长的变化而改变.研究结果表明,这种色散特性会对输出曲线的尺度因子产生明显的影响.因此,光源的恒温控制与光源驱动电流的恒流控制是必要的.本研究结果可为光学电流互感器的研究设计人员提供有用的参考.