基于单级虚像相位阵列（VIPA）的布里渊散射光谱信号检测技术具有结构简单、光通量高的特点，在透明生物组织弹性快速检测方面具有优势。眼角膜和晶状体是典型的透明组织，但由于单级VIPA光谱仪中布里渊信号易被弹性散射淹没，限制了其信噪比和分辨率的提高，成为临床进一步应用的技术瓶颈。针对这一问题，从理论和实验两方面探究了提升单级VIPA布里渊光谱检测系统性能的方法。利用VIPA的傍轴近似色散模型，理论分析了柱面透镜前准直光束的半径、柱透镜焦距、球面透镜焦距和VIPA倾斜角度对单级VIPA光谱仪色散率的影响。研究结果表明，影响色散率的主要因素是球面透镜焦距、VIPA倾斜角度和探测器分辨率。在实际测试系统中，对一种变焦镜头与高分辨CMOS相机结合的信号接收装置进行有效的参数设计与系统匹配，实现了色速率与散射信号强度的平衡，优化了光谱仪系统各项参数，提升了该检测系统的性能。应用该单级VIPA光谱仪，实现了猪眼角膜和晶状体二维频移成像。该研究结果对于单级VIPA光谱仪在临床诊疗领域的应用具有重要意义。

为了使光谱仪能同时兼顾宽吸收光谱范围和高光谱分辨率两种特性，搭建了一台近红外虚像相位阵列光谱仪，单帧谱宽约为25 nm（140 cm^-1），光谱分辨率为4.5 pm（0.024 cm^-1），结合改进的旋转光栅结构，实现了1.26~1.50 μm的宽光谱检测。使用超连续光源及光学吸收多通池，在1.43~1.45 μm处，以CO₂为例开展了宽带高分辨光谱测量技术研究，使用图像增强算法提高了弱吸收的光谱提取精度，考虑光谱仪的仪器展宽进而提升了气体参数反演准确度。实测光谱与理论光谱的对比结果验证了系统测量的准确性与可靠性。

利用虚像相位阵列 (VIPA) 的强色散能力发展而来的 VIPA 光谱仪是一种新型的高性能光谱测量装置, 兼具宽光谱覆盖范围、高时间分辨率及高光谱分辨率等优点。基于 60 GHz 自由光谱区 (FSR) 的石英 VIPA, 研制了一台可用于红光波段光谱测量的 VIPA 光谱仪, 并测量了 633 nm 多模激光器的出射光谱。在 100 μs 的时间分辨率下, 获得了单次 3.1 nm 测量谱宽、2.0 pm (1.5 GHz) 的高光谱分辨率, 连续 4 h 运行显示光谱漂移小于 0.50 pm。通过采用衍射光栅扫描装置、更短曝光速度的面阵 CCD 和更大 FSR 的 VIPA , 有望进一步提高光谱仪性能。

边缘滤波器被广泛地应用在光纤光栅传感中, 其工作原理是将波长偏移量转换成光功率的变化, 具有响应速度快、动态检测范围大的优点。为了实现一种周期性边缘滤波器——低损耗锯齿形(JAWS)滤波器, 提出并验证了一种有限反射虚像阵列(FRVIA)。FRVIA具有较低的后端面反射率, 其输出光强分布、光谱分辨率、输出孔径等方面与VIPA存在显著差异。通过数值仿真, 对低损耗滤波器的参数进行优化, 实现了占空比高达70%、损耗低于14 dB的低损耗JAWS滤波器。

虚像相位阵列(VIPA)具有色散角度大、结构简单、成本较低等优势, 对波分复用、色散补偿、脉冲整形等领域产生了重大影响。虚像相位阵列与衍射光栅结合解决了光谱混叠现象, 使其在光滤波器、光谱成像、光谱处理等领域的应用成为可能。基于虚像相位阵列的光谱仪具有采集时间短、频谱测量范围宽、光谱分辨率高等优点, 能应用于气体检测、分子科学、微生物学等领域, 因此成为研究热点。基于ZEMAX光学软件对VIPA二维成像进行了仿真, 分析了VIPA的厚度和入射角对其衍射、损耗、光谱分辨率和空间分辨率的影响, 讨论了VIPA用于成像时的最佳厚度和角度, 最后阐述了基于VIPA的布里渊和光频梳光谱仪, 论述了不同类型光谱仪的性能和应用, 并对未来进行了展望。

The depth ranges of typical implementations of Fourier domain optical coherence tomography (FDOCT), including spectral domain OCT (SDOCT) and swept source OCT (SSOCT), are limited to several millimeters. To extend the depth range of current OCT systems, two novel systems with ultralong depth range were developed in this study. One is the orthogonal dispersive SDOCT (OD-SDOCT), and the other is the recirculated swept source (R-SS) interferometer/OCT. No compromise between depth range and depth resolution is required in both systems. The developed OD-SDOCT system realized the longest depth range (over 100 mm) ever achieved by SDOCT, which is ready to be modified for depth-encoded parallel imaging on multiple sites. The developed R-SS interferometer achieved submicron precision within a depth range of 30 mm, holding potential in real-time contact-free on-axis metrology of complex optical systems.

用虚像相位阵列（VIPA）和红外成像系统来实现高分辨率的布拉格光纤光栅（FBG）的波长解调，通过VIPA结合衍射光栅，使输出的光束按波长分布到二维平面上，实现波长与成像面上空间坐标的一一映射，然后使用红外成像系统来检测。整套装置没有可移动部件，具有很好的可重复性、稳定性和可靠性。通过实验对该方法进行了验证，具有较高的分辨率，系统的分辨率小于2 pm。