光声/光热光谱技术已经广泛应用于痕量危险化学品和爆炸物的探测，并显示出高效的探测能力。然而，该技术通常需要在光声池中进行分析，并使用高灵敏度麦克风或压电传感器记录振动信号，因此不适用于在安全距离外的开放环境中探测泄漏的危险物质或爆炸物。为此，利用强度调制的量子级联激光器（QCL）激发微量固体（聚四氟乙烯）和气体（丙酮）的光声效应，借助自主研发的远距离激光多普勒测振仪（LDV）对QCL产生的光振动信号进行检测。通过扫描QCL的波长，测量振动信号的幅值并获取光声光谱，其结果与傅里叶变换红外光谱的结果高度一致。实验结果表明，自制的远距离LDV可以在距离达200 m的开放环境下有效地检测痕量固态和气态化学品的光声信号。

近年来，伴随着现代工业的高速发展，非接触式测量技术受到越来越多的关注。激光多普勒振动测量作为一种干涉测量技术，能够适用于难以通过加速度计或其他表面接触传感器获得振动测量的应用场景。激光多普勒测振仪（LDV）自1983年诞生以来，凭借其高精度、高效率、便于携带等特点，逐渐成为目前应用最广泛的非接触式振动测量设备，被广泛应用于各行各业。本文在分析激光多普勒测振技术基本原理的基础上，介绍了近年来LDV在农业、生命医学、航空航天，以及建筑工程领域的应用。

为了降低激光多普勒测振仪在测声过程中给语音信号中引入的噪声, 采用深度循环神经网络语音信号去噪的方法, 对从激光多普勒测声系统采集回来的语音信号做降噪处理, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明, 利用层数为1层~3层、每层神经元个数为1024的深度循环神经网络, 对-6dB~6dB信噪比的语音信号进行处理, 随着层数的增加, 语音信号的质量在多项评价指标上达到8dB~12dB的提升; 深度循环神经网络可以有效对激光多普勒测声系统采集的语音信号进行降噪处理。该研究对提升语音信号的质量有着实际意义。

基于激光相干探测理论建立了全光纤激光相干测振系统, 并结合维纳语音增强技术实现了远距离、高质量语音信号的获取。首先, 介绍了该系统的检测原理及光纤器件特性, 搭建了全光纤激光相干测振实验系统检测发音者咽喉振动, 从而实现远距离语音信号的获取。由于直接获取的语音信号受到严重的噪声干扰, 采用基于最小控制递归平均算法估计噪声的维纳滤波来抑制噪声, 提高语音质量。实验结果显示: 激光相干测振系统可有效获取70 m内的语音信号(检测喉咙振动还原语音); 语音增强技术可有效抑制噪声, 将信噪比提高5 dB, 并增强语音的清晰度。由此表明, 该系统具备获取远距离、高质量语音信号的能力。

采用直圆型柔性铰链设计了承载能力较大的双柔性平行六连杆微纳定位平台，并对其性能进行了测试。基于柔性铰链经典刚度公式计算了直圆型柔性铰链转动刚度，推导了双柔性平行六连杆微动平台在运动方向的整体刚度函数; 建立了平台的动力学模型，得到了平台的固有频率解析式。基于静动态特性优化设计了双柔性平行六连杆微纳定位平台，得到了平台的优化参数。基于激光干涉仪和多普勒激光测振仪建立了平台的静动态特性测试系统。 对微纳定位平台进行了试验和测试，结果显示: 刚度的理论计算值为7.92 N/μm，试验值为7.44 N/μm，误差为6.5%; 固有频率的理论模型值为349.9 Hz，实验值为342.2 Hz，误差为2.3%。空载和加载为250、500、2 000、2 250、2 500 g时的平台位移表明加载不均匀会对平台输出位移产生较大的影响，当加载为2 500 g时，不均匀加载对位移的影响量约为均匀加载的5倍。此外，平台最大位移为56.59 μm。重复定位精度测试显示，在施加电压50、100、150 V时，定位平台在同一输入电压下的位移最大偏差为0.896 μm。实验结果表明，建立的双柔性平行六连杆的刚度和固有频率计算模型是正确的，设计的微动平台的最大位移及精度可满足设计要求。

采用外差探测方式,建立了全光纤结构的激光多普勒测振仪, 用来测量经空气传播耦合引起的散射体振动, 以期感知振源振动信息。实验探索了散射体材料、固定方式和相对振源位置等对空气耦合振动的影响, 得到了200~2700 Hz频率范围内6种散射体振动响应特性曲线。结果表明:通过空气耦合引起的散射体振动, 在相同振源振幅下, 散射体振动的振幅一般随频率升高而升高；在材料、固定方式和相对振源位置等因素中, 散射体材料对振动响应特性的影响是主要的, 后两者只影响局部细节。

基于小波变换对外差式激光多普勒振动测量系统(HLDV)输出信号进行了噪声抑制性能研究。从外差式激光多普勒测振系统的测量原理出发，结合系统回波信号的特点，考虑测振系统中白噪声的影响，分析并改进了模极大值法和系数相关法两种小波消噪处理算法，并基于以往的阈值去噪算法，提出了新的阈值函数，重点分析了多尺度细化分析对还原原始信号特征及改善信号信噪比(SNR)的影响。结果表明，针对微振动目标运动特征提取，改进后的三种方法在振动信号的特征提取及噪声消除方面具备优异性能。

基于外差激光多普勒原理, 设计并实现了一套光纤结构的外差式激光多普勒振动计(LDV)。在消声水池, 对该系统的探测灵敏度、上行声光通信速率以及水面波浪的影响进行了测试实验。实验结果表明, 系统最小探测声压达105.6 dB/μPa; 在平静水面, 无误码情况下, 声光通信速率可达5 kbit/s; 在有小波浪的水面, 导致部分探测信号丢失, 采用扩频调制通信方式, 无误码情况下, 声光通信速率可达30 bit/s。

介绍了激光多普勒振动计(LDV)用于水下声光通信的应用背景,阐述了激光多普勒振动计的工作原理和两种相干检测方式。采用零差的相干探测方式,设计并实现了一套光纤结构的激光多普勒振动计。为了证明系统能够应用于水下声光通信,进行了对水下声源发出的声波频率和强度的探测实验。通过对实验数据的分析得出：第一,系统能够检测出水下声源发出的声波频率,对7 kHz附近的10个声波频率的测量标准偏差小于8 Hz; 第二,系统探测信号强度与水下声源发声的声压级成指数关系,对于水下目标通信所用的3.5 kHz和7 kHz声波频段的最小探测能力分别达到146.2 dB和150.8 dB声压级。

微结构是微机电系统的基本元件,其几何尺寸、运动特性、材料及力学特性直接影响微机电系统的整体性能。提出一种将计算机微视觉、米劳显微干涉、频闪成像和激光多普勒测振等技术充分融合的微结构静态和动态特性的光学测试平台,分别对微谐振器的平面和离面周期运动特性和微机械扭转镜的离面瞬时运动特性进行测试研究。实验结果表明,利用计算机微视觉和频闪成像技术能够实现微结构的平面位移、运动相位及谐振频率等周期运动参量的测试,位移的重复精度为30 nm;利用显微干涉和频闪成像技术可实现微结构的离面位移及表面扭曲等周期运动参量的测试,位移的重复精度为3 nm;激光多普勒测振技术具有在频域上对微结构瞬态运动进行分析的优点,是时域上周期运动测试的重要补充。