为了从微观角度分析材料服役损伤机理，快速准确地测量材料表面微观形貌， 对白光干涉技术进行了理论分析，并采用白光干涉技术对磨斑、蚀坑两种不同类型的材料损伤形貌进行了具体的测试研究。测试结果表明，白光干涉仪可以准确地测量出磨斑、蚀坑的二维和三维形貌及深度分布数据。测得磨斑深度为45.68 μm，腐蚀后的材料表面最大点蚀坑的深度为5.14 μm。白光干涉仪适合于测试材料服役损伤后表面的三维形貌和数据。利用此技术可以对材料微观表面形貌进行快速精确的测量，对深入理解材料服役行为及寿命预测具有参考意义。

激光中心温度探测是激光领域的一个重要课题, 直接影响着激光在工程技术中的应用。利用XL-800WF光纤传输多功能脉冲激光加工系统, 照射厚钢板, 得到钢板的熔化图。通过显微镜测量熔斑的直径, 从而计算液态钢的凝固时间。根据激光温度的扩散原理, 建立理想条件下钢板的热传导方程, 模拟出钢板的温度演化规律。结合凝固时间, 推导了XL-800WF光纤传输多功能脉冲激光中心温度的理论值。

为提高光学表面的功率谱密度检测精度, 研究了白光干涉仪仪器传递函数(ITF)的产生机理和标定方法。将白光干涉仪作为非相干成像系统, 对正弦表面干涉光强进行Bessel函数展开, 通过干涉光强的频谱强度变化研究白光干涉仪对正弦表面高度的作用机理, 利用数值仿真计算了白光干涉仪对正弦表面的衰减程度。采用30、80、120 nm高度的台阶标准板对商品白光干涉仪的传递函数进行标定, 并提出了一种可靠的ITF计算方法。理论分析、数值仿真和实验结果表明: ITF随表面高度的增加而增大, 此时白光干涉仪对表面高度的响应表现出明显的非线性; 表面高度小于λ/10得到的ITF曲线与白光干涉仪光学系统调制传递函数非常接近, 白光干涉仪对表面高度的响应接近线性。文中对于白光干涉仪频域传递特性研究和光学表面功率谱密度检测具有重要意义。

为了实现对金刚石砂轮表面形貌的非接触精密测量, 开发了基于干涉原理的金刚石砂轮表面形貌专用测量系统, 研究了该系统的测量原理和关键技术。根据垂直扫描白光干涉显微测量原理以及被测对象的特征, 提出了适用于砂轮测量的方法,研究了系统的自动扫描范围、垂直方向的扫描方法、单次测量三维表面的恢复算法和磨粒的识别算法。结合自行设计的夹具搭建了砂轮测量系统, 并对多次测量拼接算法进行了实验分析。实验结果表明: 基于区域重合大小(重合度为30%~50%)的拼接算法获得的拼接前后重合区域的相关系数均大于0.8, 拼接后重合区域的高度差均小于0.4 μm。得到的结果显示所搭建的系统可以恢复砂轮的形貌, 其测量范围和精度满足砂轮磨粒评定和分析的要求。

为了实现光刻胶表面形貌的广域、高精度测量，对新一代测量理论及测量方法进行了研究。首先分析了被测物件的特性，根据其柔软、透明的特征提出应用光干涉法和机械探针相结合的方法进行测量，同时阐明了使用此方法进行表面形貌测量的优点，并据此原理搭建了光学多探针表面形貌测量装置，光学测量部分采用白光干涉计，探针部分采用拥有8只球型探头的多点悬臂测量探针。然后应用此装置对标准刻槽试件和半透明光造型薄膜试件进行了测量。测量52 nm的标准刻槽试件时得到了测量误差小于2%，标准偏差小于1 nm的结果，表明本装置可以达到高精度测量表面形貌的目的。通过测量高约400 nm的树脂材料证实了此装置可以克服多重反射的影响测量透明薄膜的表面形貌。

光纤白光干涉技术与方法是光纤技术领域中独具特色的一种测量方法和传感技术，是光纤技术多领域交叉应用中较为有代表性的一个分支。该项技术在宽谱光干涉特性研究、绝对形变光纤传感测量、光波导器件的结构及其对光波反射特性参量的检测、光纤陀螺环中光偏振态横向耦合测量与评估以及医学临床诊断的组织结构形态的光学层析技术等方面，都具有广泛的应用。对光纤白光干涉技术的发展给出了一个概略性的描述。从市场需求与技术本身发展规律的视角出发，分析了该技术发展的动力基础。最后，给出了对于该项技术及其发展趋势的描绘和展望。

保偏光纤谐振腔交叉偏振耦合引起的偏振波动是谐振式光纤陀螺的主要噪声源之一，保偏光纤偏振主轴旋转90°对接是克服偏振波动的有效方法，其对接角度误差大小对陀螺噪声抑制效果有重要影响。为此利用迈克耳孙(Michelson)白光光纤干涉仪偏振耦合测试方法，从理论上对双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差进行了分析，得到迈克耳孙光纤干涉仪输出的干涉交流项公式和干涉波形，进而计算得到双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差角度。对双耦合器的保偏光纤谐振腔90°对接角度误差控制进行了实验研究，实现了0.37°的角度对接误差。

提出一种基于白光干涉原理的新型微纳光纤传感器,并利用该传感器测量不同浓度的葡萄糖溶液引起的折射率的微小变化,通过数值求解麦克斯韦方程获得微纳光纤信号光的相位变化与外界溶液的折射率变化关系。实验测量结果证明利用该传感器获得的测量值与理论值基本一致。所设计的传感器具有灵敏度高、结构紧凑、易于和其他光电器件集成等优点。

在对白光干涉仪及白光干涉法偏振耦合(PC)测试原理进行分析的基础上,设计搭建基于白光干涉法的全保偏光纤结构的迈克耳孙(Michelson)干涉仪偏振耦合测试系统,实现对保偏光纤(PMF)偏振耦合的检测,并进行了单耦合点和多耦合点测试实验,耦合系数探测灵敏度可达70 dB,得到较好的实验结果,验证了白光光纤Michelson干涉法偏振耦合测试的可行性。最后,使用超辐射发光二极管(SLD)光源、放大自发辐射(ASE)光源和掺铒光纤放大器(EDFA)光源对小耦合系数的保偏光纤偏振的耦合系数进行测量,分别得到0.36%,1.8%和2.5%的测量误差,验证了系统的精确性。

针对当前各种色散测量方法的不足，结合光子晶体光纤(PCF)易于产生超连续谱和白光干涉仪测量精度高的特点，设计并搭建了一套基于超连续谱马赫曾德尔白光干涉仪的色散测量系统，实现了光子晶体光纤的高精度和宽波段色散测量。利用该系统对一种纤芯直径约为5 μm，空气孔直径为3.54 μm，孔间距为5.52 μm的全内反射型光子晶体光纤的色散特性进行了测量，实验结果与数值计算的结果基本一致，零色散点相差小于50 nm，较好地验证了测量方法和实验系统的有效性。