基于偏光干涉理论, 提出一种宽光谱范围内测量波片相位延迟量和厚度的方法。利用矩阵光学方法分析了光谱透射率曲线与中值透射率直线交点波长之间的关系, 给出待测波片的相位延迟量、波片厚度等多个物理量的计算公式并进行了误差分析。误差分析表明本方法相位延迟量测量最大误差为3.38°, 厚度测量最大误差为0.66μm。实验上利用分光光度计验证了本方法的有效性。本方法能够实现波片多物理量的同时测量, 且调节过程对于起偏器、检偏器透光轴方向及待测波片快轴方向无严苛要求, 测量过程对波片也无损伤和污染, 在波片加工、使用前质量评估等方面都具有一定的应用价值。

为了消除Michelon测量光路中PBS胶合层所引入的寄生条纹误差, 提出了一种以TP(Twin-PBS)结构为分光核心的动态干涉光路。结构以Mach-Zehnder光路为起点, 融合同步移相的偏振光学需求、开放的外部测量臂需求、紧凑化与调校便利性需求以及测试光束和参考光束只在PBS内的镀膜面进行分光的需求。采用琼斯矩阵构建了偏振光传输模型, 通过Zemax等软件的仿真模拟, 对新式光路进行了紧凑化设计和调校工艺流程设计, 压缩了调校步骤。最后利用配置光源组件、成像组件、模块化光路与偏振CCD构成的TP型动态干涉仪对三反系统进行了镀膜前预测量, 实现了(4%)3极弱反射光下的精密测量。

针对电力设备环境监测的现实需求, 开展了光纤阵列温度传感技术的研究。提出了一种以保偏光纤作为传感单元的干涉型传感探头, 建立传感系统的数学分析模型, 构建干涉光路, 分析传感探头长度、光源波长等参量对测温范围的影响。在此基础上, 完成了基于毛细玻璃管的传感器封装设计并研制系统样机。最后, 开展了温度测试实验和传感器重复性实验。实验结果表明, 在光源波长相同的情况下, 传感探头越短, 其测温范围越大, 并且当传感探头为1 cm时, 其测温误差大约为0.37 ℃, 精度约为0.3 ℃。对于光纤温度传感技术在电力等行业中的应用有参考价值。

温度场的精密测量对机械、航空航天、生物医学、食品化工、电力、能源和环境等诸多行业都有重要意义。提出了一种基于多步相移法和偏振干涉光学层析光路的三维温度场测量方法。首先,结合马赫-曾德尔干涉光路结构与光学层析技术设计偏振干涉光学层析测量系统,并利用偏振器件的旋转实现多步相移以实现高精度信号检测。然后,通过指数型滤波反投影算法还原得到被测介质的三维折射率分布,进而获得三维温度场分布。最后,推导了测量公式并搭建了实验系统。误差分析表明,现有实验条件下的系统测量不确定度约为0.8 ℃。测量实验和比对结果表明,所测得的温度场与实际情况吻合,与铂电阻温度计的标定温度比对结果小于2 ℃。

为了克服常规偏光干涉系统中核心器件萨瓦板(Savart)偏光镜制作工艺复杂、装调难度高的缺点, 解决由于Savart偏光镜装调、加工误差造成的偏光干涉系统条纹混叠和调制度下降的问题, 采用了一种基于单平行分束器(SPBS)的偏光干涉系统的方法, 分析了系统的结构原理, 采用矩阵传递函数推导了经偏光干涉系统出射光的琼斯矩阵及相干叠加强度, 得出了和基于Savart偏光镜的干涉系统类似的干涉结果, 分析了系统光程差与入射角及入射面的变化关系, 并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明, 由于SPBS结构简单, 不需要多个单元组合, 所以不存在装调误差, 并且大幅度降低了加工误差。

为满足中波红外高空间分辨率偏振干涉测量需求, 本文提出一种基于微型静态干涉原理的中波红外线偏振干涉成像系统。该系统不含狭缝, 具有信息量多, 光通量大等优点。介绍了线偏振干涉成像系统的工作原理, 采用近轴光学理论计算了初始结构参数, 进行了系统优化设计。分析了入射光分别为完全非偏振光和线偏振光时系统的透过率, 给出了系统所能探测的最小辐射强度。为了降低探测器强度的随机波动对偏振测量的影响, 采用等权重方差优化了系统的偏振测量矩阵, 并通过数值仿真验证了方法的正确性。最后, 分析了偏振片的旋转误差对偏振测量的影响, 给出了偏振探测精度为2%时的偏振片旋转公差容限。设计结果表明: 傅立叶变换型线偏振干涉成像系统成像质量良好, 在探测器的特征频率17 lp/mm处, 各视场的调制传递函数值均大于06, 满足系统的使用需求。

保偏微纳光纤在光通信、传感检测、非线性光学和量子光学等领域有着广阔的应用前景,在应用中保持其温度稳定性是一个关键问题。通过仿真分析与实验探究了保偏微纳光纤双折射的温度特性。通过偏光干涉法测得干涉谱随着温度增加发生蓝移,精确地获得温度与光纤双折射的变化关系。实验结果证明,温度对保偏微纳光纤的影响远小于对普通保偏光纤的影响,该现象与理论分析的结果相吻合。

基于迈克尔逊干涉原理和激光自准直原理，采用共光路布局，研制了能对运动工作台同时进行一维位移和二维角度测量的三自由度激光测量系统。在位移测量中，采用光程差放大技术，并结合偏振干涉技术和信号差分处理，得到高质量的位移输出信号和高分辨力的位移测量结果。在角度测量中，运动工作台的偏摆和俯仰运动会引起固定在工作台上的反射镜位置变化。入射光被反射镜反射，并被四象限探测器探测，根据四象限探测器上的光斑位置变化，获得偏摆角和俯仰角的变化值。对研制的系统进行稳定性和分辨力测试，同时与英国雷尼绍XL-80激光干涉仪进行比对实验。实验结果表明：测量系统的位移分辨力为0.8 nm，角度分辨力为0.2″；在50 mm的测量范围内，与雷尼绍XL-80激光干涉仪测量值相比，系统的位移最大偏差小于100 nm，偏摆角最大偏差为0.5″，俯仰角最大偏差为0.4″。

基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统，不仅可同时获取目标正交偏振分量的干涉图和二维空间图，而且可以通过调整Savart偏光镜的厚度，得到不同光程差下正交偏振分量的干涉图像。该系统的显著特点是正交图像的同时获取和光程的实时改变。描述了可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统结构、理论原理，推导出了干涉强度表达式。详细分析了可调光程的Savart偏光镜(MSP)和可调光程的宽视场型Savart偏光镜(MWSP)的光程差及横向剪切量的变化范围。通过两种偏光镜之间的对比可得光程差差别甚微但MWSP剪切量较大，且变化量比MSP高50%。这为以后选择Savart偏光镜类型提供了重要依据。