为了实现对Si、Ge、GaAs等红外材料应力缺陷检测，采用两个工作在不同频率的光弹性调制器级联，构成偏振测量系统。应力缺陷引入的双折射延迟量和快轴方位角两个参数，被加载到偏振测量系统调制信号中；利用数字锁相技术同时获取调制信号的基频项和差频项幅值，然后完成两个应力参数求解。详细分析了检测原理，并搭建了实验系统进行验证。实验结果表明，该检测方法及实验系统实现了应力方向角标准偏差为0.31°，应力双折射延迟量标准偏差为0.72 nm，高速、高精度和高重复度的应力缺陷检测，并且实现了Ge样品的应力缺陷方向和值大小分布测量，可为红外材料质量测试分析和评估提供有效手段。

为了实现对波片快轴方位角和延迟量参数快速、高精度测试，提出了一种基于双弹光级联差频调制的波片参数测量方案。选用两个工作频率不相同的弹光调制器级联，构成偏振分析测量装置。波片的两个参数被加载到偏振分析装置的调制信号中，采用数字锁相技术同时提取调制信号的基频项和差频项，然后完成波片全部参数求解。按照原理分析，搭建了实验系统，并完成了系统初始偏移值定标，完成了632.8 nm的1/4波片，532 nm的1/4波片和1/2波片实验测量。实验结果表明，本文方案的快轴方位角测量最大偏差为0.2°，角度测量标准偏差为0.02°；波片的相位延迟量标准偏差优于5.64×10^-4 rad，单点数据测量时间仅为200 ms。考虑到波片材料的双折射色散，根据检测激光波长下测量的相位延迟量，进一步计算出应用波长的波片延迟量。测量值与理论值最大偏差不超过1.17 nm，延迟精度优于λ/300。本文方案实现了高速、高精度和高灵敏的波片参数测量，可为波片加工测试和实验定标提供有效手段。

为了实现对光学材料、光学元件的快速、高精度应力双折射测试评估分析，本文提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射二维分布测量方案。将两个工作在不同频率的弹光调制器级联，构成偏振测量装置。光学材料和元件的应力双折射延迟量和快轴方位角参数，被加载到偏振测量装置的调制信号中；采用数字锁相技术，提取调制信号的基频项和差频项，然后完成应力双折射延迟量和快轴方位角两个参数求解；按照原理分析，研制了测试系统，并完成了系统初始偏移值定标；采用波片进行了测量精度和重复性测试，并完成了BK7玻璃样品的应力双折射分布测量实验。实验结果表明，该系统的快轴测量重复性为0.01°，双折射延迟量测量重复性为0.02 nm，单数据点测量时间小于200 ms。本文方案实现了高速、高精度和高重复度的应力双折射测量，同时具备应力双折射二维分布测量能力，可为波片、玻璃或晶体等光学材料双折射测量分析和评估提供有效手段。

为了精确测量非消色差波片的延迟量与快轴方位角，基于拟合光强法与光谱分析法建立了一套高精度测量系统，实现了特定波长下非消色差波片延迟量在0°～360°的高精度测量。对波片延迟量的测量方法及误差来源进行了详细的模拟分析。在拟合光强法下，重点仿真了光源光强抖动变化、检偏器初始安装精度、旋转波片定位精度等随机误差与各项系统误差对测量精度的影响，详细分析了拟合光强法不能精确测量波片延迟量为180°的原因。在光谱分析法下模拟了光源光强抖动变化、光谱的单色精度、检偏器定位精度引入的测量误差。在测量系统的建立中对上述两种测量方法影响较大的误差均进行了抑制，并对探测器的光电响应非线性效应进行了矫正。最后利用该测量系统对标称的λ/4波片、0.356λ波片、λ/2波片进行了相关实测并利用非线性最小二乘法对测量数据进行处理，获得了参考波长在632.8 nm的各波片的相位延迟量与快轴方位角。由该测量系统的实测结果可知：本文采用的拟合光强法测量λ/4波片、0.356λ波片延迟量的测量误差小于0.05°，测量精度比传统光强测量法高一个数量级以上。对于λ/2非消色差波片，在该测量系统下切换终端光强接受设备并采用光谱分析法对其进行测量，测得其延迟量误差小于0.02°，远小于拟合光强法的测量误差0.70°，克服了光强法无法精确测量波片延迟量为180°的缺陷。实测结果与模拟仿真相符。