Sensors based on optical resonators often have their measurement range limited by their cavity linewidth, particularly in the measurement of time-varying signals. This paper introduces a method for optical frequency shift detection using multiple harmonics to expand the dynamic range of sensors based on optical resonators. The proposed method expands the measurement range of optical frequency shift beyond the cavity linewidth while maintaining measurement accuracy. The theoretical derivation of this method is carried out based on the equation of motion for an optical resonator and the recursive relationship of the Bessel function. Experimental results show that the dynamic range is expanded to 4 times greater than the conventional first harmonic method while still maintaining accuracy. Furthermore, we present an objective analysis of the correlation between the expansion factor of the method and the linewidth and free spectrum of the optical resonator.

Increasing bandwidth requirements have posed significant challenges for traditional access networks. It is difficult for intensity modulation/direct detection to meet the power budget and flexibility requirements of the next-generation passive optical network (PON) at 100G and beyond considering the new requirements. This is driving researchers to develop novel optical access technologies. Low-cost, wide-coverage, and high-flexibility coherent PON is emerging as a strong contender in the competition. In this article, we will review technologies that reduce the complexity of coherent PON (CPON), enabling it to meet the commercial requirements. Also, advanced algorithms and architectures that can enhance system coverage and flexibility are also discussed.

为了同时确定监测结构的位移大小和方向，提出了一种基于光纤光栅组合的大量程、结构简单的机械传感装置。该传感装置以U型不锈钢结构组合光纤光栅为核心传感单元，以杠杆杆件来传递位移，测点位移大小和方向可以通过杠杆杆件两侧的U型不锈钢结构上的光纤光栅波长漂移计算得出。开展了传感装置6组辅助结构（核心传感单元）的标定试验，结果表明所有传感单元均具有较高的线性度，测量范围为0~140 mm，灵敏度为4.362 pm/mm，迟滞性误差为3.25%，重复性误差为6.62%。将传感装置用于室内堆积体边坡模型试验中，研究它们在土体连续滑动变形过程中的监测性能，并与粒子图像测速技术测量的土体位移变化进行比较，两种技术数据上呈现出较好的一致性、吻合度较高，表明所研发的光纤光栅矢量位移测量传感装置能够准确捕获坡面矢量变形，在智能监控领域有广阔的应用前景。

结合理论分析与实验测试，研究了在可见光脉冲输入条件下频率以及第二片微通道板与阳极之间电势差对微通道板光电倍增管动态范围的影响。研究结果表明：随着信号光脉冲频率的增大，微通道板壁面电荷补充不充分致使阳极输出偏离线性，并逐渐趋于饱和。当输入可见光脉冲宽度为50 ns，频率为500 Hz时，阳极的最大线性输出达到2 V（即40 mA）；当输入光频率增加到1 000 Hz，阳极输出在1 V（即20 mA）时线性偏离程度达到10%以上；当输入光频率增加到5 000 Hz，阳极输出在0.3 V（即6 mA）时线性偏离程度达到约15%。随着第二片微通道板与阳极之间电势差的增大，阳极最大线性输出电压呈现波动性变化而非与其呈线性关系。当第二片微通道板与阳极之间的电势差在200 V左右时，阳极线性输出电压达到峰值，随着电势差不断增大，阳极线性输出电压开始出现波动，在电势差为500 V左右时达到第二个峰值，这主要是由于极板间电场强度与空间电荷效应共同作用的结果。该研究可为提升微通道板光电倍增管的动态范围提供指导，便于其应用于强辐射脉冲测量、激光通信等领域。

条纹结构光技术是近年来发展迅速的非接触式测量方法，为机械加工在机检测提供了新的解决方案。由于加工环境光线复杂且金属零件本身具有高反光的特性，造成结构光在机检测的精度降低。将高动态范围(High Dynamic Range，HDR)技术应用于结构光检测中，可抑制高反光的影响，实现金属零件在复杂场景的测量。本文首先介绍了结构光测量原理，总结出HDR结构光在机检测面临的难点；其次，对HDR结构光技术进行了全面综述，以机械加工在机检测为背景，对基于硬件设备的HDR技术和基于条纹算法的HDR技术分别进行了归纳分析；然后，根据在机检测的条件需求，对各类技术进行总结，并比较不同方法的优缺点和在机检测的适用性；最后，结合近年来先进制造技术和精密测量的研究热点，对潜在应用进行分析，提出技术展望。

逐像元自适应增益成像系统通过在每个像元的电子链路中集成四档不同容积的积分电容，可以在确保高信噪比的前提下实现大动态范围的遥感成像需求。此成像系统在发射前测试时，由于甚低增益（ULG）的动态范围过大而实验室积分球能量有限，只能通过与低增益（LG）的比例系数递推来间接对ULG后半量程的输出特性标定；星载太阳定标器反射能量过大会导致高增益（HG）和中增益（MG）输出饱和也无法直接测定辐射定标系数，只可通过比例系数推定。提出一种星上增益比例系数测定的方案，分别利用四档增益的输出作为特征对实验图像分类，将不同成像目标的输出码值作为多个定标能级，利用最小二乘法线性拟合相邻增益输出后得到相邻增益的比例系数。此方案验证了实验室增益比例系数测定结果，同时在外场成像实验中用该方法计算得到的比例系数用于相邻两档增益中较低增益图像反演较高增益图像，结果与实际较高增益图像对比归一化均方误差大部分小于0.01、两图像结构相关系数基本在90%左右、数据相关系数达到90%。证明该方法测定的相邻两增益比例相关系数有较高准确性，在星上辐射定标时用于高增益辐射定标系数的递推求取有极大的可行性，解决了星上不能直接对HG、MG辐射定标的问题。

水下光学成像技术对于海底资源勘测、海洋生态监测、水下搜索救援、水下考古等应用具有重要意义。相比传统水下摄像机，距离选通成像技术可以过滤选通切片外的后向散射噪声和环境背景噪声，实现高质量水下成像，但是在浑浊水体中仍然会受切片内后向散射噪声影响，导致成像距离缩短。对此，开展了光学偏振与距离选通成像结合的水下偏振选通成像技术研究，利用后向散射光良好的保偏性去除选通切片范围内的后向散射噪声，提升目标识别距离。通过理论仿真和实验研究，对比分析了不同水质下距离选通成像和偏振选通成像目标识别距离的差异。发现存在临界衰减系数c₀：当水体衰减系数小于等于c₀时，光学偏振对于提升距离选通成像工作距离无效果；当水体衰减系数大于c₀时，偏振可提升距离选通成像工作距离。实验中还发现，目标反射率会影响临界衰减系数。该研究有利于不同水质下距离选通成像的优化应用。

为解决结构光测量高动态范围表面物体时出现局部过度曝光或曝光不足的问题，提出一种改进的多曝光融合方法，利用自适应曝光代替手动曝光，并对图像融合过程进行优化。首先，将初始曝光时间下拍摄的图像利用直方图进行分析，将被测物体表面反射率不同的区域分为若干组，分别计算出每个组别的最佳曝光时间；在此基础上，拍摄不同组别对应最佳曝光时间下投射白光和条纹的图像，并去除图像中超过设定阈值的高灰度值区域，再将投射白光处理后的图像制作成掩模图，与相同曝光时间下投射条纹处理后的图像相乘，进而对多组相乘后的图像进行亮度压缩与融合；最后，通过CLAHE算法提高融合后所生成条纹图的对比度与清晰度，并对条纹解相后进行点云重建和尺寸测量。实验结果表明：文中方法中自适应曝光相较于手动曝光具有高效性和准确性，U型卡、连接块、圆盘三个高动态范围表面物体的点云重建率分别高达99.98%、99.74%、99.76%，测量出的标准块阶梯高度差绝对误差为0.062 mm，相对误差仅为0.69%，该方法有效解决了高动态范围表面物体测量时点云缺失的问题，提高了三维轮廓的测量精度。