In this paper, a cost-effective and miniaturized instrument is proposed, which is based on a tunable modulated grating Y-branch (MG-Y) laser for rapid temperature measurement using a Fabry-Perot interferometer (FPI) sensor. The FPI sensor with a 1 463-μm cavity length is a short segment of a capillary tube sandwiched by two sections of single-mode fibers (SMFs). This system has a broad tunable range (1 527 nm–1 567 nm) with a wavelength interval of 8 pm and a tuning rate of 100 Hz. Temperature sensing experiments are carried out to investigate the performance of the system by demodulating the absolute cavity length of the FPI sensor using a cross-correlation algorithm. Experimental results show that the sensor can reach the response time as short as 94 ms with the sensitivity of 802 pm/℃. Benefiting from the homemade and integrated essential electrical circuits, the entire system has the small size, low cost, and practical application potential to be used in the harsh environment for rapid temperature measurement.

为实现在表面等离子体光刻机中对掩模与基片间的间隙测量，提出一种基于白光干涉测量技术的掩模?基片间隙测量方法，并设计了以ZYNQ芯片为核心的信号处理系统。以ZYNQ芯片的片上ARM用作参数设定、驱动控制以及前端显示，以可编程逻辑资源用于实现光谱数据的小波处理和互相关解调。系统以分布并行结构运行，大大提高了测量速度，并实现了对掩模?基片间隙的实时测量。最后为了确定测量精度，搭建了激光干涉仪精度测试平台。测试实验表明，间隙测量的重复测量精度为4.4 nm，位移测量精度为6.7 nm，满足间隙测量性能稳定和精度高等要求。

Image scanning microscopy based on pixel reassignment can improve the confocal resolution limit without losing the image signal-to-noise ratio (SNR) greatly [C. J. R. Sheppard, "Super-resolution in confocal imaging," Optik 80(2) 53–54 (1988). C. B. Müller, E. Jorg, "Image scanning microscopy, "Phys. Rev. Lett. 104(19) 198101 (2010). C. J. R. Sheppard, S. B. Mehta, R. Heintzmann, "Superresolution by image scanning microscopy using pixel reassignment," Opt. Lett. 38(15) 2889–2892 (2013)]. Here, we use a tailor-made optical fiber and 19 avalanche photodiodes (APDs) as parallel detectors to upgrade our existing confocal microscopy, termed as parallel-detection super-resolution (PDSR) microscopy. In order to obtain the correct shift value, we use the normalized 2D cross correlation to calculate the shifting value of each image. We characterized our system performance by imaging fluorescence beads and applied this system to observing the 3D structure of biological specimen.

对爆轰燃气准确有效地检测可以为探索爆轰形成机理以及提升爆轰发动机工作效率提供数据支撑。 提出了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术结合双光路互相关算法的气液两相爆轰燃气速度、 温度和组份浓度同时在线测量方法, 针对口径80 mm无阀式脉冲爆轰发动机设计并搭建了双光路光学测试系统, 通过50 kHz高频扫描1 343 nm波段H2O吸收谱线完成对爆轰燃气速度、 温度及H2O气体浓度的在线诊断。 测试结果表明光学测试系统可以实现对瞬态爆轰过程燃气变化特征的细致分析, 单个爆轰过程持续时间为85 ms, 爆轰循环过程中爆轰波速度最高达到1 172 m·s-1, 爆轰燃气最高温度达到2 412 K, 爆轰燃气中H2O气体浓度维持在0～7%之间; 爆轰过程中出现了短暂的速度平台与温度平台。

提出了一种基于显微图像拼接技术的视觉坐标测量方法, 也就是利用图像自身的空间坐标信息实现坐标测量的方法。针对测量显微镜获取微小零件图像所具有较精细的纹理特征, 提出了一种基于点映射互相关配准算法, 对局部重叠的序列图像进行拼接。借助于玻璃标准尺对系统进行了严格的标定, 重点对不同放大倍数下的拼接误差进行了计算与分析。并通过微小零件尺寸测量的实例说明了该算法的有效性。多种实验研究表明, 该测量方法的相对误差可优于 1%, 分辨力可小于 1 μm。

线结构光三维测量中，光条中心点提取的准确度和精度直接影响最终测量结果的精确度。针对现有激光条纹中心提取方法抗干扰能力强、稳健性好与计算量大之间的矛盾，提出了一种互相关中心条纹提取方法。利用梯度阈值自动分割出有效光条区域，将赋予不同权值的互相关系数与相对应的光条纹灰度值进行互相关运算，以互相关极大值对应的条纹作为初始光条纹中心，通过曲线拟合的方法对条纹中心进行精确定位。以互相关值大小作为条纹中心点是否存在的评判依据，利用相邻光条中心点间的灰度、位置相似性约束消除噪声影响。实验结果表明，该算法条纹提取精度较高，满足实时性要求。同当前算法相比，互相关算法简单实用、稳健性好、抗噪声能力强，且对断线条纹具有很强的修补能力。

在干涉型分布式光学振动传感系统中,双马赫-曾德尔技术具有较高的定位精度和较低的成本,更受关注。现搭建了双马赫-曾德尔分布式光纤传感系统,并对其进行了定位实验,阐述了检测系统的组成和原理。对基于互相关算法的定位性能进行研究,测试了其单点定位和多点定位功能,指出其定位局限性。另外重点分析了影响该系统定位稳定性的因素,提出一种数据处理算法,以提高其定位稳定性。实验结果表明,经过该算法数据处理之后,系统定位稳定性和可靠性得到极大提高。

基于马赫曾德尔干涉原理的分布式光纤传感系统具有对油气管道破坏行为的预警潜力,而分布式的定位技术是其关键技术之一;基于互相关原理、对其定位理论进行了研究,构建了基于虚拟仪器平台的实验系统、并进行了试验;在总长20 km光纤的8个不同位置分别进行多次试验,初步试验结果达到了149 m的定位精度,接近了实际工程的定位需求。