随着高功率固态激光器和光纤激光器的发展, 对可见光-近红外区域的光学隔离器要求逐渐增加。目前设备原件正趋于小型化发展, 工业应用最广泛的铽镓石榴石(TGG)晶体因其较小的Verdet常数, 无法满足未来高功率激光器的需要。Tb2O3具有较高的Verdet常数, 但是高熔点和相变机制使其难以通过常规提拉法进行单晶生长。本研究通过向Tb2O3中掺杂Y2O3, 研究了不同掺杂浓度下(TbxY1-x)2O3的晶体生长。在n(Tb)∶n(Y)=1∶1时, 通过激光浮区(LFZ)法生长了TbYO3单晶, 而纯净的Tb2O3和(Tb0.3Y0.7)2O3单晶无法通过该方法合成。TbYO3晶体具有较高的Verdet常数(445 nm处为529 rad·T-1·m-1, 880 nm处为116 rad·T-1·m-1), 为TGG晶体(445 nm处为350 rad·T-1·m-1, 880 nm处为49 rad·T-1·m-1)的1.51~2.37倍。因此, TbYO3晶体可以有效减少构建光学隔离器的介质长度或降低嵌入光学隔离器所需的磁场强度。此外, TbYO3晶体还具有11 W·m-1·K-1的中等热导率, 1.67 GW·cm-2的高激光损伤阈值。这些优点可以使TbYO3晶体成为一种有吸引力的磁光材料。

为了解决随机线性双折射对光纤磁光特性测量的影响，采用旋转光纤（SF）结合法拉第旋转镜（FRM）的测量方法，研究了FRM对旋转光纤磁光特性测量的影响。首先，从理论方面研究旋转光纤与FRM的引入如何减小光纤中的随机线性双折射对磁光特性测量的影响，并搭建基于FRM的旋转光纤磁光特性测试系统。当光源波长为1310 nm时，FRM作用前的旋转光纤费尔德常数都比未旋转光纤的大，且旋转光纤的节距越短，费尔德常数越大。特别是旋转光纤的节距为1.0 mm时，其费尔德常数为0.8304 rad/（T·m），比未旋转光纤的费尔德常数［0.8029 rad/（T·m）］增大了约3.43%。当测试系统加入FRM后，不同光纤的费尔德常数测量值相较于未使用FRM的光纤费尔德常数测量值都有一定幅度的增大，尤其相比于节距为1.0 mm时的旋转光纤更进一步提高了7.50%，并且在FRM作用前后不同光纤费尔德常数测量值的均方差分别为0.99%和0.61%，说明FRM的引入提高了掺杂光纤费尔德常数的测量精度与稳定性。

全光纤电流互感器由光纤本身做传感器件，以光信号作为传输载体，而由于光纤容易受到温度影响而发生微小形变，因此会导致光信号在传播过程中发生偏振态改变。分析了1/4波片和光纤传感环两个关键光纤器件受温度影响情况，并对测量结果进行优化处理。采用保偏光纤制作的1/4波片，线偏振光的相位延迟会因温度的变化而改变，光纤传感环的维尔德常数也受环境温度的影响。在分析两器件的温度特性的基础上提出了温度补偿优化方案，并兼容原有光路中器件，设计了光纤双折射温度传感器，用于对温度产生的误差二次补偿。通过实验验证，互感器从比差值在温度为70~40 ℃时最大变化范围为0.417%~0.335%下降到[±0.15%]，满足国标小于[±0.2%]要求。基于该技术方案的产品通过第三方权威机构的检验并长时间在变电站工程应用，设备运行稳定，测量准确，验证了方案的可行性和正确性。

工程领域对高精度方位角测量的迫切需求使得磁光调制方位角测量技术成为当前国内方位角度测量领域的重点研究方向之一。介绍了磁光调制方位角测量技术的基本原理, 分析了国内外在提高方位角测量精度、减少测角同步时间和数据处理方面做出的研究进展, 并探讨了技术发展趋势。对于发展方位基准传递研究所需的方位角高精度测量技术和装置具有参考价值。

全温条件下（-40~60 ℃）测量精度误差较大是影响光纤电流互感器实用化进程的主要原因之一。传感光纤的维尔德常数随光纤内光波平均波长变化，导致系统输出变比漂移，从而降低系统的测量精度。理论分析了光谱平均波长与系统输出变比之间的关系，并通过实验验证了关系式的准确性。分别对光纤电流互感器光路各组成器件对通过光平均波长的影响进行了分析，实验测量了变温条件下平均波长变化的趋势以及程度。提出了起偏器与延迟光纤在变温条件下对平均波长影响的自补偿方案，有效的减小了传感光纤中平均波长的漂移程度。保证光纤电流互感器在变温条件下到达0.2 s级精度要求。同时为适应更高测量精度应用场合提供了参考。

为对光纤磁敏感性进行研究，基于法拉第效应原理，利用琼斯矩阵建立了全光纤型光纤Verdet常数测量系统的传输模型。对输入端光纤、输出端光纤、被测光纤对系统输出的影响进行了分析与仿真，结果表明测量系统中输入端保偏光纤对系统输出有影响，输出端光纤及光纤种类不影响系统输出，并确定了被测光纤的有效被测长度。搭建测量系统对单模光纤进行测量，测量的单模光纤Verdet常数为0.52±0.01 rad/(T·m)，多根光纤测量结果在0.52～0.56 rad/(T·m)之间，且不同驱动电压下的测量结果与驱动电流成线性关系，说明系统线性度好。实验结果证明了此系统具有很好的可靠性与稳定性。

飞秒激光诱导折射率变化提供了一种灵活的三维光子器件制作方法。具有法拉第效应的磁旋光玻璃在集成光学中有广泛的应用前景。研究了1 kHz重复频率的飞秒激光在磁旋光玻璃中刻写光波导的特征，测试了不同刻写参数下波导的导光模式，研究了写入速度和写入功率对波导折射率、模场直径的影响，给出了波导形成的写入窗口范围。实验结果表明，在采用10×显微物镜，写入速度40 μm /s，写入功率3 mW时，获得了980 nm激光处模场直径为10 μm，损耗为1.53 dB/cm的波导，有利于实现波导和单模光纤之间的模式耦合，且波导区域费尔德系数只有轻微减小（约2.8％）。

为了准确测量液体的费尔德常数,设计搭建了一套外差干涉实验系统,主要包括Mach-Zehnder干涉光路、声光调制器(AOM)及锁相放大器。葡萄糖溶液测量结果显示,其费尔德常数随其浓度的增加而有变化的趋势。此外,加正与负磁场所测得的费尔德常数并不相等,其原因是加正磁场造成葡萄糖分子的形变与加负磁场所造成葡萄糖分子的形变不同,形变大其费尔德常数也就越大。蔗糖溶液测量结果发现,在加正与负磁场时所得的费尔德常数没有明显变化,其原因是蔗糖水解时产生了右旋葡萄糖和左旋果糖,使得形变效应相互抵消。

韦尔代常数(Verdet)是决定光纤电流传感器(FOCT)灵敏度的重要因素之一。根据萨格纳克(Sagnac)干涉原理计算得到校准信号，并测量FOCT的实际输出信号，通过比较这两组信号建立目标函数，基于单纯形算法进行参数优化，从而得到石英光纤的韦尔代常数。实验结果与经典模型计算结果基本吻合。FOCT的输出信号经过测量电路会引入相位差；另外受到调制器和外界环境的影响，干涉回路的工作点会产生漂移，导致输出信号不对称而产生直流量。考虑到以上因素，提出的这种方法还能同时测量出电路的相位差、干涉回路的工作点以及反映非线性畸变的直流量。

文章基于法拉第磁光效应原理，设计了溶质维尔德常数分离检测系统。该系统可以消除溶剂和容器等背景旋光的影响，达到分离检测溶质维尔德常数的目的。系统采用了双光路参比放大信号处理技术，提高了系统的检测灵敏度。分析了系统的检测精度与误差，结果表明，检测精度与除法放大器的精度和放大倍数、标准物质及待测物质的维尔德常数有关；小角度近似计算产生的相对误差较小。同时，根据溶质维尔德常数与浓度之间的关系，研究了该技术在混合溶液浓度检测中的应用。