针对空气折射率测量中Edlén公式法测量精度受限于传感器精度，以及固定长度真空腔的激光干涉法条纹整周期难以确定的问题，提出了一种融合激光单频干涉和PTF传感的空气折射率测量方法。设计了基于固定长度单真空腔的正弦相位调制激光干涉空气折射率测量光路。利用低精度传感器获得的空气折射率预测值来确定干涉条纹整数，采用PGC-Arctan算法精确解调干涉信号相位来获得小数干涉条纹，实现空气折射率的大范围高精度实时测量。搭建了实验装置，开展了与Edlén公式法的空气折射率测量比对实验。实验结果显示，在12 min和1 h内，两种方法测得结果具有较好的一致性，两者偏差的标准偏差分别为1.5×10^-8和2.3×10^-8，表明本文方法可应用于激光干涉精密位移测量中空气折射率的实时补偿。

为了提取固体表面的微振动信息，本文提出了一种基于正弦相位调制干涉仪和实时归一化PGC-DCM算法的探测方法。采用归一化PGC-DCM算法实现载波相位调制深度和载波相位延迟的计算，然后对正交干涉信号分量进行预归一化，再经过运算消去干涉信号条纹的对比度系数，实现正交干涉信号分量的完全归一化，最后利用微分交叉相乘原理实现干涉信号相位的解调。利用数值仿真证明了解调算法的有效性，并在光学暗室环境中搭建了一套正弦相位调制干涉系统，对多种不同频谱特征的固体表面微振动进行探测实验和信息解调；实验结果表明，所提方法能够准确探测固体表面的微振动信息，在3 kHz的被测微振动频率范围内，干涉信号相位解调的平均信噪失真比为33.0956 dB，动态范围优于22.75 dB。

针对载波相位延迟和调制深度漂移对正弦相位调制干涉仪中相位解调精度的影响,提出一种基于卡尔曼滤波的相位生成载波(PGC)解调非线性误差补偿方法。首先建立由PGC正交分量参数构成的卡尔曼滤波状态空间观测模型。然后对PGC解调的正交分量幅值和偏置进行最优估计与修正,减小相位解调的非线性误差。最后理论分析阐述该补偿方法的原理,开展模拟干涉信号的相位解调仿真测试和正弦相位调制干涉位移测量实验。实验结果表明:提出的方法能够有效减小PGC相位解调非线性误差,实现纳米级精度的位移测量。

基于正弦相位调制的全深度复频域光学相干层析成像技术,具有镜像抑制效果好、速度灵敏度高、能在信噪比最高的零光程差位置附近成像的优点,在多普勒成像领域得到了一系列应用。然而,该技术不适用于运动速度较高的样品。为此,提出一种基于差分相位解析的复频域多普勒光学相干层析成像技术。对二维干涉谱信号进行傅里叶变换得到干涉层析信号后,利用相邻干涉层析信号的差分相位重建复层析信号,对其进行相位解调,得到全深度层析图像和多普勒图像。仿真和实验结果表明,该技术能降低高速运动对时间频谱各分量展宽的影响,得到更加准确的多普勒相移和更大的速度探测范围。

将多普勒探测与正弦相位调制复频域光学相干层析成像技术(OCT)相结合，建立了基于正弦相位调制的全深度频域多普勒光学相干层析成像系统。利用正弦相位调制B-M扫描方法，并采用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号，获得全深度层析及多普勒图像。成像深度范围扩大为原来的2倍，在整幅图像范围内均可获得较高的速度探测灵敏度。基于该系统获得了血流仿体的全深度层析图及全深度多普勒图。实验测量的系统最小可探测速度为5.35 μm/s。

激光自混合干涉技术是近年来兴起的一种具有很高应用价值的干涉测量技术。为提高自混合干涉的位移测量精度，在环形腔光纤激光器自混合干涉系统中引入正弦相位调制技术。分析了干涉信号的相位调制和基于傅里叶变换的解调算法，讨论了相位调制器的调制噪声和多重反馈等因素对自混合干涉测量精度的影响。使用环形腔掺铒光纤激光器和光纤相位调制器构建了实验系统，对高精度商用微位移平台的振动进行了测量，在频域中获取了自混合干涉信号的相位，并重构了位移平台的位移，获得了λ/20的位移测量精度。实验结果表明，该系统提供了一种可靠的基于全光纤传感应用的高精度位移测量方法。

基于正弦相位调制建立了用于人体皮肤在体三维成像的全深度复频域光学相干层析(FDOCT)成像系统。通过在不同横向位置获取的干涉谱信号中引入正弦相位调制，利用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号，使成像深度范围扩大为原来的两倍，且适合对活体组织进行在体成像。通过优化相位调制周期内的采样点数，提高了镜像抑制比。基于该系统在体获得了人体皮肤的三维全深度层析图，图中角质层、表皮层及真皮乳突层等皮肤层状结构清晰可见，镜像消除比约为36 dB。

为了提高激光自混合干涉仪在位移测量中的精度，将相位调制技术引入激光自混合干涉系统中，通过在激光器的外腔中放置的电光调制器对光束进行正弦相位调制，采用傅里叶变换在频域中重构自混合干涉信号的相位。采用截止阶数的方法对系统的动态测量范围上限进行了理论分析，获得了正确解调相位所需的电光晶体的最低调制频率与被测振动的频率和振幅的关系。将系统应用于高精度商用压电陶瓷的振动过程的测量，测量数据与Agilent 5529A动态校准仪的同步测量结果进行比对，结果表明，相位调制型激光自混合干涉仪适合于动态信号的实时测量，位移测量精度可达20 nm。

在利用正弦相位调制菲佐干涉仪进行测量时, 由于菲佐板及待测物体表面对入射光的多次反射而产生多光束干涉, 干涉信号的强度随相位变化不是严格的余弦分布。按照双光束干涉的算法进行相位信息提取, 会引入一定的误差。以正弦相位调制菲佐干涉仪纳米精度微小位移测量为应用背景, 分析多光束干涉情况下该干涉仪信号解调算法的误差, 进而对干涉仪的相关参数进行优化, 并通过误差补偿对测量结果进行修正, 有效减小了多光束干涉产生的影响。