拉盖尔-高斯（LG_0l）涡旋光束携带光轨道角动量，提供了额外复用自由度，可以极大提高光通信容量，实现该涡旋光束光斑半径的精确测量对其应用具有重要意义。刀口法由于廉价、方便、精度高、适用于较大功率的测量等优势，是测量光斑尺寸及束腰尺寸的理想方法。然而，以往刀口法的研究主要集中在基横模高斯光束上，尚缺少关于刀口法对LG_0l涡旋光斑的测量研究。本文对基于刀口法的LG_0l涡旋光斑尺寸测量进行了详细地理论分析和实验研究。理论分析中给出了刀口法测量LG_0l涡旋光束的原理；实验上将螺旋相位板对基模高斯光束调制后产生的光束当作LG_0l涡旋光束的近似，并采用刀口法测量了该LG_0l（l=0，1和2）涡旋光的光斑；借助Mathematica程序数值拟合了实验测量的横向光场强度分布结果，得到了不同LG_0l涡旋光束的光斑半径。根据光斑半径的特点可得出：经低涡旋阶数的螺旋相位板调制之后，基模高斯光束可变为相应涡旋阶数的LG_0l涡旋光束，变换前后光斑半径基本保持不变。

根据色散型成像光谱仪静态和扫描成像两种工作模式的特性, 提出了通过狭缝法测试成像光谱仪系统静态的调制传递函数(modulation transfer function, MTF), 通过刀口法测试系统扫描成像的MTF的完整的测试方案, 并给出了测试实例。刀口法给出了系统扫描成像时沿扫描方向和垂直扫描方向的MTF; 狭缝法采用虚拟狭缝代替成像光谱仪的自身狭缝测试了系统静态时的MTF, 两者测试结果基本吻合。虚拟狭缝法对于其他存在狭缝的成像光谱仪系统成像质量的测试具有借鉴意义。

理论研究了刀口测量法中激光光斑宽度测量误差与位置测量误差对光束质量因子M2、远场发散角、束腰半径以及束腰位置的测量误差的影响, 并通过光束质量分析仪对理论研究结果进行了验证。结果表明, 相比纵向位置测量误差, 激光光斑宽度测量误差对光束质量的影响更大。

为完善医用硬性内窥镜成像质量的检测方式,设计了基于刀口法的内窥镜调制传递函数测量系统。建立了刀口扫描法的理论模型,通过CMOS对高精度扫描的刀口像的灰度值进行采样获得刀口扩散函数,再将其进行微分和傅里叶变换得到内窥镜的调制传递函数。实验对0°鼻窦镜进行多次测量,经过分析计算得到的调制传递函数曲线较为稳定,结果表明该系统能够实现对内窥镜调制传递函数的自动化测量。

采用正支虚共焦腔型对非链式脉冲DF激光器进行非稳腔参数设计并开展实验研究，通过与平凹型稳定腔的对比，揭示了非稳腔在压缩激光远场发散角、提升光束质量方面的显著优势。选取能体现远场能量集中度以及实际光束与理想光束偏移程度的衍射极限倍数β为光束质量评价参数，实验中以86.5%环围能量定义光斑大小，并利用90-10刀口法测量光斑尺寸。通过对不同放大率及模体积的9组非稳腔实验结果的对比，得到了设计优化非稳腔结构参数的规律。综合输出能量、远场发散角、衍射极限倍数β三方面因素，得到了最佳非稳腔参数为放大率M=1.89，后反射镜口径D=40 mm，此时激光远场发散角（全角）为0.74 mrad，β=1.35，输出能量为1.86 J，峰值功率为16.4 MW。

为了测量平顶光斑和高斯光斑的半径, 采用刀口法进行了理论分析和实验验证, 并且提出了新的迭代算法。刀口的间距与光斑半径存在正比关系, 求出了相应的比例系数。在实际测量中, 测得刀口的间距后再乘上相应的系数就可以得到光斑半径。结果表明, 将迭代法进行推广, 可用于求任意已知强度分布式的光斑半径。

刀口法是测量X射线探测器调制传递函数(MTF)的主要方法之一,但影响测量精度的因素很多,正确的数据处理是提高测量精度的关键。提出了一种组合数据处理方法,系统地降低了测量带来的误差,从而实现了高分辨X射线CCD调制传递函数的测量。实验前仿真调制传递函数,预测曲线走势和噪声干扰。利用自适应平均行数算法、回型窗法和哈夫变换得到刀口倾斜角来纠正MTF曲线。提出了局部曲线分析法,以定量分析曲线波动情况,消除前人视觉判断的主观误差。通过上述算法得到的MTF曲线的均方差仅为0.011,Nyquist频率误差为2.52%。

传统刀口仪检测光学元件面形具有设备简单、非接触性测量等优点，但传统刀口仪只能定性评价面形质量，且人为因素较大。在传统刀口检测原理的基础上，建立了面形缺陷与阴影图相对应关系的数学模型。为了验证该模型的正确性，对口径150 mm的凹透镜进行了数值模拟研究。设置模拟的缺陷参数，利用建立的数学模型得到对应的阴影图；用波像差理论对该阴影图进行分析处理，得到该元件的面形缺陷；将分析得到的缺陷参数与预先设置的面形缺陷进行比较，二者吻合很好。

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是衡量激光器性能的重要参数.本文利用90/10刀口法测量高斯激光光斑尺寸及光束束腰尺寸,给出了两种计算方法,克服了传统方法过程繁杂的缺点,精度高、效率高,操作简单.

大模场面积(LMA)多模光纤激光器的输出性能与光纤的弯曲程度有关。为研究两者之间的关系，在光纤不同弯曲直径下，对多模光纤激光器的输出性能进行了实验测量和理论计算。采用刀口法测量了不同弯曲直径下的激光光束质量因子M2，并对每种情况下光纤激光器的斜率效率进行了测量。光纤弯曲直径分别为285 mm,195 mm和130 mm时，多模光纤激光器光束质量因子M2为2.88,1.82和1.67，斜率效率为39%,35%和34%。另外，对于实验所采用的大模场面积多模光纤，理论计算了各模式损耗与光纤弯曲直径的关系。