在纤端光强为高斯分布且发送光束在反射面发生镜面反射及漫反射的前提下, 通过理论分析建立了反射式强度调制光纤 传感器的光强调制特性函数模型, 运用Matlab仿真分析了反射面粗糙度改变及光纤自身参量对光强调制特性函数曲线的影响 。研究了反射面为光滑镜面和完全漫反射面对调制特性的影响, 以及光束在物体表面发生漫反射时光纤对轴间距, 纤芯半径 和光纤数值孔径对调制特性的影响。结果表明: 镜面反射的强度调制特性明显优于漫反射面, 调制函数峰值是漫反射的5倍, 且随着反射面粗糙程度的依次增大, 强度调制特性逐渐下降。就光纤传感器设计而言, 在条件允许的范围内减小收发光纤轴 间距, 减小发送光纤芯径, 增加接收光纤芯径且选择数值孔径较大的光纤可提升光纤传感器光强调制特性, 提高测量精度。

设计了一种基于光强调制原理和微机电系统(MEMS)技术的光纤加速度传感器。加速度传感单元为硅质矩形梁,给出了矩形梁弯曲导致的遮光板位移与接收光纤光功率差的关系以及硅质矩形梁中间位置挠度与系统加速度的关系,得到了加速度与光功率差的关系。研究结果表明,设计的光纤加速度传感器在矩形梁中间位置的挠度变化范围为0~10 μm时,相应的加速度测量范围为0~120 m·s ^-2,最大加速度检测值高达12g(g为重力加速度)。

由直角梯形棱镜构成的环形谐振腔的输出信号在机械振动环境下会受到影响, 使输出波形幅值产生调制。为了改善谐振腔输出信号质量, 从工程探索的角度出发, 首次将对称型全反射棱镜纳入谐振腔的结构设计方案中。通过理论计算和有限元分析的方法, 对比了两种谐振腔的光线传输特性和应力分布。结果表明, 对于传输波长为632.8 nm的激光谐振腔而言, 对称型结构可以保证构成谐振腔的光学元件具有对称的应力分布, 降低棱镜上的应力双折射效应, 提高输出信号的稳定性。对称性棱镜环形谐振腔的激光传输轨迹更稳定, 装配要求更宽松, 应力极值仅为非对称结构的15%。通过对比, 在一个激励周期内, 对称型谐振腔的激光输出能量波动相比原始结构降低了52.63%, 平稳性获得了显著的改善。使用对称型环形谐振腔, 对于提高我国现阶段环形激光传感器件的输出稳定性提供了一种新的技术途径。

数字闭环光纤陀螺引入的死区问题限制了其向更高性能惯性导航系统的应用。采用数学模型分析了数字闭环光纤陀螺死区的成因是反馈相关误差干扰，通过simulink仿真工具对死区现象进行了仿真，对比陀螺死区测试对模型进行了验证。以此为基础提出了电光合串扰造成死区的干扰模式，分析了干扰误差源的信号频域特征并使用频谱分析仪对受干扰的光功率信号进行了相关频点的测试，同时对比了干扰抑制后无死区的光功率信号相关频点的测试结果。通过抑制相关误差前后的测试结果对比，验证了与数字闭环反馈阶梯波相关的误差输入是死区形成的根本原因，除了电路交叉耦合之外，电路对光强的调制干扰也会造成死区问题。在采用针对干扰信号频率特性的退耦及PCB设计后，闭环光纤陀螺死区由0.2°/h降低至0.02°/h，满足系统应用需求。

调频连续波(FMCW)激光调制电路是FMCW激光探测系统的重要组成部分。对FMCW激光调制方法进行研究，设计并实现由线性调频信号产生电路和半导体激光器驱动电路组成的激光调制电路，并给出相应的实验结果。其中线性调频信号产生电路采用基于直接数字频率合成技术的集成芯片AD9958进行设计，产生10~110 MHz的锯齿波线性调频信号；半导体激光器驱动电路采用直接电流调制方式，利用线性调频信号对激光载波的强度进行调制，激励激光器出光。测试结果表明：调频连续波激光调制电路能够满足调制频偏100 MHz、调频周期100 μs的设计要求。

介绍了一种光强正交调制式新型线性位移检测方法。该方法采用基于光强正交变化的两路电驻波合成电行波信号，将空间位移的变化调制到电行波信号相位差的变化上，用鉴相的方法实现空间位移的测量。为了优化传感参数并提高测量精度，对传感器不同参数条件下光场分布情况与误差特性进行了研究。根据其结构特征，对光场分布引起的测量误差进行分析，并利用Tracepro软件建立三维光场仿真模型，对不同参数条件下光场分布进行分析；再通过实验验证，得到不同参数与误差特性之间的关系；根据仿真和实验结果，对传感器参数进行优化设计。初步实验表明：在108 mm测量范围内，传感器精度达到±0.5 μm。为此新型传感器优化设计和精度提高提供了可靠的理论依据和技术支持。

对现有强度调制型光纤麦克风做了分析和讨论，采用单模光纤(SMF)熔接多模光纤(MMF)的方法设计了一种新的反射式光纤麦克风。适当长度的折射率分布为抛物线形的多模光纤具有准直透镜的作用，直接熔接在单模光纤上，可以使光纤麦克风进一步微型化、成本低廉化。用单频正弦波信号做声源测试该光纤麦克风，输出正弦波电压信号与声源频率一致，振幅随声源振幅线性变化。结果表明，该结构的光纤麦克风在原理和实验上可以用于语音通信中。

针对激光主动探测技术对光电装备造成的探测威胁，在不改变光电装备光学结构以及有限“牺牲”成像质量的前提下，提出利用圆孔阵列的光强调制作用降低光电装备的“猫眼”效应，实现隐身。基于单孔衍射成像原理及空间平移效应，从理论上给出并仿真分析了圆孔阵列远场夫琅和费衍射的光强分布特性，利用实验的方法对圆孔阵列用于“猫眼”目标隐身的效果进行了验证。结果表明，利用圆孔阵列可实现对典型“猫眼”目标回波的光强调制并造成回波损耗，“猫眼”目标隐身效果明显。

从白细胞形体结构的特点出发，建立了单核细胞的双层偏心球模型。基于米氏散射理论和电磁波界面传输理论，应用几何散射逼近方法得到了单核细胞的散射光复振幅函数，其数值计算结果与运用有限元方法计算的VirtualLab虚拟仿真结果一致。数值计算的结果表明散射光强的角分布出现了3种不同频率的光强调制。分析了这3种调制出现的物理机制，指出调制特性与细胞的形体参数及光学参数之间的关系：低频调制在细胞大小尺度内无变化；次低频调制与细胞的相对折射率和核质比有关；高频调制的缺失与相对折射率和入射取向有关。并且指出了在细胞核紧贴细胞的情况下会有调制畸变现象出现。这些结果为单细胞的精细光学检测和鉴别技术的提高提供了理论依据。

在双波长半导体激光(LD)正弦相位调制(SPM)干涉仪中，通过注入电流调制LD波长的同时，光源的输出光强也被调制，影响了测量精度。提出了一种新的双波长LD SPM干涉仪，通过对干涉信号进行处理，得到与干涉信号相位相关的线性方程组，利用该方程组精确计算相位，消除了光源光强调制的影响，使测量误差由6 μm减小至1 μm，并利用该干涉仪与波长扫描技术相结合实现了绝对距离的测量，当待测距离为60~280 mm时，测量结果的重复性为1 μm。