提出了一种基于相干接收机的相干光谱分析方案。采用相干接收机将待测信号与本振光进行同相和正交（IQ）混频和平衡探测，依据光外差原理计算出待测信号的功率，根据所计算出的功率与相应的本振频率之间的映射关系对待测信号的光谱进行重构。实验结果表明，当本振的扫描速率在80~200 nm/s范围时，分辨率优于12.5 MHz。所提出的光谱分析方案具备超高分辨率，可用于快速提取超密集波分复用系统精细的光谱结构。

将扩散干涉光谱（iDWS）技术与光外差检测方法和扩散散斑衬比分析方法相结合，提出了一种扩散相干散斑成像检测方法，并搭建了实验系统。该系统能有效地提高无创检测局部脑血流量（rCBF）的信噪比和检测精度，仿体流速实验结果表明，其相对血流指数与实际流速具有较好的线性度，在源-探距离为6~12 mm范围内线性相关系数均值为0.9881±0.0005。该检测方法可以区分不同目标区域的流速变化，管径为4.8 mm时相对误差为2.04%，结合血管管径测量方法可实现流速和流量的有效监测。通过在体实验和袖带加压实验，证明系统可以检测到活体rCBF的流速信息，且在有效测量流速范围内有较好的检测准确度。

为了实现高精度绝对距离测量，提出了双腔双频Nd∶YAG激光器（TCDFL）合成波绝对距离干涉测量方案。以正交解调Pound-Drever-Hall稳频的大频差TCDFL作光源，采用马赫-曾德尔干涉仪结构，设计了双频激光合成波绝对距离外差干涉测量系统，获得了两路同频外差干涉信号，对其进行比相测量，得到合成波干涉条纹的小数级次；对被测距离进行粗测，可唯一确定合成波干涉条纹的整数级次，从而实现绝对距离测量。建立了频差为24 GHz的二极管泵浦1064 nm正交线偏振TCDFL合成波长标定与绝对距离干涉测量实验系统，实验结果表明：空气中的合成波长标定值为12.4614 mm，其标准差为0.13 μm；当被测绝对距离为900 mm时，其重复测量平均值为899.3851 mm，标准差和测量不确定度分别为1.36 μm和4.08 μm。该实验研究为今后研究开发超精密绝对距离干涉测量仪奠定了坚实基础。

时间抖动是衡量光频梳、低相噪激光器、微波光子雷达等低噪系统性能的核心参数, 其精确测量已成为一项重要工作。传统的直接探测法受限于微波振荡器的本地噪声或光电探测器的噪声, 测量精度较低, 在实际应用中无法实现对极低时间抖动参数的高精度测量; 光外差、光学互相关等光学测量方法存在着系统复杂的缺点, 并且对参考源和被测源的要求较高。为了测量阿秒级别的时间抖动, 本文研究了一种高精度、无参考源的时间抖动测量方法, 该方法主要基于长光纤延迟线和光载波干涉技术实现对时间抖动的超高精度测量, 在满足较高测量精度的前提下无需两个相似待测源, 极大降低了测量系统的复杂程度。然后, 优化了测量系统结构, 解释了光纤延迟线体系中伪像峰机理, 并提出了二次差频梳齿模型。系统仿真测得100 MHz重频激光器在其100次谐波点10 GHz处、频偏10 MHz时的噪声基底为3.29×10-13 fs2/Hz(等同于-211 dBc/Hz), 从10 kHz到10 MHz总的均方根时间抖动为535 as。实验结果表明, 此方法在超低时间抖动测量方面具有明显优势, 作为一种便捷、高效的时间抖动测量方法, 可以应用于被动锁模激光器、光频梳、超连续谱等不同待测源。

激光相干偏振合成(CPBC)是获得高亮度线偏振激光输出的有效方法。基于此,提出一种光相位调制技术,将两路光相位差转变为幅度调制,进行光外差偏振相位探测和线性锁相控制,实现了两路同频率激光光束的相干偏振合成。理论上详细分析了光外差偏振相位探测的理论模型和线性锁相控制环路的数学模型,用于优化系统参数。锁相控制后,合成光束的输出功率为352.4 mW,偏振消光比高达17.67 dB,系统的控制带宽约为66.1 kHz,剩余相位噪声为1×10 -4 rad·Hz -1/2(1 Hz)和3×10 -6 rad·Hz -1/2(>100 Hz)。相比于其他CPBC的锁相方法,该方法对偏振消光比以及控制带宽都有明显的提升,有效地抑制了相位噪声。

为了对抽运源的稳频技术做出对比和选择, 采用内调制技术和相位调制光外差技术, 以周期性极化KTP晶体作为非线性晶体, 实现了894.6nm连续光两镜驻波倍频腔的稳频运转。结果表明, 在不同注入光功率下, 用这两种方法锁定倍频腔后获得的蓝光功率基本相同; 在最大注入光功率为350mW时, 获得178mW的447.3nm蓝光, 相应的转化效率为50.8%;在最大注入光功率下, 利用内调制技术和相位调制光外差稳频技术获得的蓝光在2h内功率起伏分别为3.4%和2.3%。该研究对获得稳定输出的447.3nm蓝光用来制备铯原子D1线的非经典光的实验是有帮助的。

基于单个双驱动马赫-曾德尔调制器(DDMZM)，提出一种宽且平坦的可调谐光学频率梳(OFC)的产生方案，其结构简单、易于实现、成本低。对方案原理进行理论分析，利用Optisystem 7.0软件进行仿真研究。结果表明，产生的OFC梳线数目不多，但平坦度较好，中心频率和梳线间距均可独立调谐。可调谐光源的中心频率决定了OFC的中心频率。将基于光外差法产生的微波射频信号作为DDMZM的驱动信号，确定了OFC的梳线间距，最大可达150 GHz，有效频谱带宽为600 GHz。

基于光纤延时自外差和相位解缠绕技术，提出了一种采用较短的光纤延时线测量单频激光器输出激光频率漂移的方法。从理论上给出了该测量方法的工作原理并分析了测量精度的影响因素；利用一台频率变化可知的激光器对该方法进行了实验验证，实验结果表明该方法能够准确测量激光频率随时间的实际变化曲线；基于此方法，采用6 m 的光纤延时线，对一台1550 nm 波长的单频激光器频率漂移特性进行了3 h 连续测量，得到该激光器长期频率漂移结果为75 MHz/h，与其频率稳定度出厂指标50 MHz/h基本相符。

基于压电陶瓷(PZT)的逆压电效应实现了光波的移频,测量了不同电压幅值大小和驱动频率时PZT的移频特性。通过控制PZT的微位移驱动,使得光波的光程发生线性变化,从而改变光波的频率。通过光外差检测光路,检测了光波的微小频率变化量。结果表明,驱动频率较小时,能产生相对稳定的移频量;当电压一定时,驱动频率越大,移频量的测量值偏离线性值越大。PZT的驱动电压和频率选择在合适的范围,可以提高PZT的移频性能。