超快激光脉冲形状宽度测量的核心是光谱相位的精确测量。本文提出了一种结合深度学习的自参考光谱干涉(SRSI)方法，并用该方法进行了飞秒脉冲相位的测量。该方法基于针对一维信号的Dense-1D-U-Net神经网络，采用经典的编码-解码网络结构并加入稠密连接和跳跃连接来提高网络的性能。结合SRSI法的特点，本文设计出结合了稠密连接块的Dense-1D-U-Net神经网络。基于大量接近真实光谱相位的模拟光谱相位数据可以发现，基于Dense-1D-U-Net的SRSI算法的计算结果的均方根误差相比传统SRSI算法至少降低一个数量级。与有无稠密连接、跳跃连接的对照组神经网络进行对比，分析了Dense-1D-U-Net的优势。最后用实验测量数据验证了使用模拟数据训练的Dense-1D-U-Net具有计算实验数据的能力。Dense-1D-U-Net神经网络未来可以拓展应用到超快光谱等其他一维信息研究领域。

针对高帧频、全局曝光和光谱平坦等成像应用需求, 设计了一款高光谱成像用CMOS图像传感器。其光敏元采用PN型光电二极管, 读出电路采用5T像素结构。采用列读出电路以及高速多通道模拟信号并行读出的设计方案来获得低像素固定图像噪声(FPN)和非均匀性抑制。芯片采用ASMC 0.35μm三层金属两层多晶硅标准CMOS工艺流片, 为了抑制光电二极管的光谱干涉效应, 后续进行了光谱平坦化VAE特殊工艺, 并对器件的光电性能进行了测试评估。电路测试结果符合理论设计预期, 成像效果良好, 像素具备积分可调和全局快门功能, 最终实现的像素规模为512×256, 像元尺寸为30μm×30μm, 最大满阱电子为400ke-, FPN小于0.2%, 动态范围为72dB, 帧频为450f/s, 相邻10nm波段范围内量子效率相差小于10%, 可满足高光谱成像系统对CMOS成像器件的要求。

提出一种基于全光纤光谱干涉的多路超短脉冲大动态范围时间同步单次测量方法,弥补了非线性相关法测量同步状态时测量范围小和示波器测量时分辨率差的不足,解决了同步测量中空间光路的复杂性和单次实时测量的难题。首先对多路光纤阵列干涉测量进行仿真计算,然后设计四路脉冲传输的光路并在实验中验证多路同步单次测量方法的可行性,最后详细分析测量误差的来源和影响。该测量方法的最小同步时间精度为5.3 fs,测量范围为1.055~14.751 ps,与仿真结果有较好的一致性。该测量方法具有光纤链路易于集成、光谱干涉数据处理速度快、测量信号能量需求低等优势,在多路超短脉冲激光相干合束系统中有重要应用前景。

鉴于对高精度高时空分辨率大气探测资料日益增长的科研和业务需求, 我国正大力发展星载红外高光谱探测系统。星载红外高光谱干涉仪光机结构复杂, 仪器状态会显著影响其定标精度。本文通过理论分析和仿真实验, 分别讨论了内黑体发射率、低温黑体发射率、内黑体与环境温度差、非线性系数以及直流电压演算等误差敏感性因子影响辐射定标精度的特征。分析表明: 定标辐射偏差的绝对值与内黑体/低温黑体发射率呈线性关系, 且与内黑体与环境温度差、非线性系数、直流电压呈正相关; 提高内黑体发射率和低温黑体发射率到0.985以上、控制内黑体与环境温度差在0.6 K左右、控制干涉仪的非线性效应系数低于0.04, 这些方案均是实现0.1 K辐射定标精度的必要条件; 辐射定标参数对定标辐射的影响特征结合地面真空实验的定标参数估计, 可以迭代得到已测得和未知的定标参数的最优估计, 从而提高定标精度。本文的研究结果对于红外高光谱干涉仪的参数设计以及辐射定标误差来源的识别和订正有着十分重要的意义。

基于光谱干涉技术提出了一种能够同时测量玻璃厚度及折射率的方法, 该方法利用迈克尔逊光路, 通过傅里叶变换算法对光谱仪接收的干涉信号进行解算, 获取光谱干涉条纹的调制周期, 根据待测玻璃样品放入测量臂前后, 测量臂与参考臂所形成的光程差即可求出玻璃样品的几何厚度和折射率。该方法无需机械扫描延迟线并采用改进的傅里叶域下的相位提取算法, 提高了测量系统抗干扰能力, 探测速度快。实验结果表明: 对玻璃样品的厚度测量精度优于±1 ?滋m, 折射率测量精度±5×10-4。

在啁啾脉冲放大飞秒激光系统中, 为了获得近傅里叶变换极限的超短飞秒脉冲输出, 需要对飞秒脉冲的光谱相位进行测量并消除未被补偿的残留啁啾。而光谱干涉仪因为其线性性、结构简单和灵敏度高等优点在飞秒脉冲光谱相位测量方面具有重要应用。介绍了基于交叉偏振波或自衍射效应的自参考光谱干涉技术, 详细论述了该技术的工作原理。特别地以高斯光谱入射脉冲为例, 对待测脉冲的光谱相位重构进行了详细的数值模拟, 并指出基于交叉偏振波及自衍射效应的自参考光谱干涉技术对线性啁啾的测量范围。最后简单介绍利用光谱干涉仪和声光可编程色散滤波器相结合, 用以消除飞秒激光脉冲中光谱相位残留啁啾的原理, 实验中通过2次反馈迭代就获得了近傅里叶变换极限的飞秒脉冲输出。

针对大气环境探测甚高光谱干涉仪输出信号的特点，提出了一种基于双 ADC数据采集系统设计方案。采用数据合成的方式对两个具有同输入不同增益通道的数据进行拼接，使用相对较低分辨率 ADC实现了高分辨率系统设计，并对数据合成过程中两通道的不一致性进行了分析、测量和校正。最终给出了系统的电路设计方案和实验结果。实验表明：系统在保证采样速率的情况下，能够实现高分辨率采样，并具有良好的信噪比。

基于空间和频谱分辨测量法研究了光纤中的激发模式。利用光纤中激发模式的群时延表达式，理论上推导了基模与高阶模以及高阶模之间的群时延差异导致的光谱干涉公式，进行了相应的模拟计算与分析。对标准通信单模光纤和大模场双包层光纤进行模式测量实验研究，利用单模光纤探针与光谱分析仪扫描探测光谱干涉信号，通过傅里叶变换得到频谱分布，分析得到光纤中激发模式的横向分布和相对功率成分。结果表明，采用空间和频谱分辨测量法可以得到光纤中激发模式的横向分布和相对功率水平，当高阶模相对基模的功率较小时，可以忽略高阶模间的干涉。

为了降低成本, 同时改善光学相干层析成像技术的图像获取率和轴向分辨率, 采用白光源照明的谱域光学相干层析成像的方法, 进行了理论分析和实验验证, 通过对薄膜等样品的测量, 取得了一些基本的数据和图像。结果表明, 样品内部结构的图像清晰可见, 该系统切实可行, 并能够实现工程和生物材料内部结构的实时3维图像重构。

飞秒脉冲测量是飞秒激光技术中一项重要技术。介绍了最近出现的一种简单、高性能的飞秒脉冲测量新方法，即自参考光谱干涉测量法。对其研究现状和进展情况做了综述，并详细分析和比较了基于三种三阶非线性效应（交叉偏振波、自衍射、瞬态光栅）的自参考光谱干涉方法的优缺点，为以后相关的研究和应用提供一个综合性的参考。