采用反射式太赫兹时域光谱技术测试涂料的时域光谱，通过第 1次反射和第 2次反射的反射峰比值，得到判定涂料为水性还是溶剂型的临界阈值。该方法无需复杂的样品前处理，仅需将涂料置于测量容器中即可完成测试。一次性纸杯或聚乙烯塑料容器、不同的测试人员和测试时间对临界阈值均无影响，为生态环境监管领域提供了一种快速、准确辨别水性涂料和溶剂型涂料的方法。

为了在反射式持续热激励红外热像技术中对缺陷深度进行定量检测, 基于实际情况建立了持续热激励下被检物内的热传导模型, 并求解了被检物热激励面上的温差-时间关系。通过对求解出的温差-时间关系的分析, 发现实际检测时取热激励面温差-时间数据依照所求解出的关系进行非线性曲线拟合, 可测量缺陷的深度。为了检验方法的可行性, 利用风电叶片玻璃钢制作了平底洞试件, 并对平底洞试件进行了检测实验。实验表明, 本文方法对缺陷深度具有较高的测量精度。

为了实现对纸质文物表面杂色曲霉生长过程的在线无损监测，研制了一种反射式光纤光谱传感器，该传感器由1根锥形入射光纤和6根接收光纤构成。首先建立了传感器测量纸质文物表面霉菌微生物的理论模型，接着表征了纸质样品表面杂色曲霉的形貌特征，最后利用传感器对纸质样品表面杂色曲霉的生长过程进行了在线监测。研究表明，该传感器能准确获得杂色曲霉的特征吸收峰（295 nm和390 nm），当杂色曲霉高度在101.1~596.0 μm范围时，传感器输出信号与杂色曲霉生长高度间具有线性关系，检测下限达到10 μm。

提出并研究了基于光反射式耦合探针（ORCP）的高灵敏曲率和振动双参量传感器。ORCP通过光纤熔融拉锥、耦合结合垂直切割方法制备而成，尺寸为mm级别。将弯曲或振动信号施加于ORCP悬臂耦合区域，改变干涉超模的模场分布以及折射率，引起反射光谱波长或强度偏移，实现对曲率和振动两种物理量的高灵敏度测试。其中，曲率灵敏度高达11.97 nm/m^-1，响应范围为0~10.49 m^-1，线性度大于0.98。振动灵敏度为0.72 mV/V@80 kHz，超宽带振动频率响应范围为185 Hz~20 MHz，具有高保真度以及高线性度，信噪比达到~53.56 dB。此外，该传感器可实现阻尼振动信号的检测以及声音识别。所提基于ORCP曲率和振动传感器具有灵敏度高、响应范围宽、线性度好、稳定性高、保真度高等优势，探针尺寸为mm级别，结构紧凑，支撑其在油田、煤矿等受限空间与恶劣环境领域中的潜在应用，有望实现基础设施突发事件潜在威胁的预测以及微小裂缝的检测。

为了实现可见/短波红外镜头的小型化设计，参考环形多反射结构的光学系统，针对单片多反射系统难以校正色差的问题，设计了一个130万像素的紧凑型双片结构的环形多反射式光学镜头。通过分析遮拦比和光学参数对系统的光学传递函数的影响，确定了系统的最佳遮拦比和光学参数。优化后的光学镜头包含两片透镜，材料选用氟化钙，两片透镜之间产生4次反射，各反射面均为偶次非球面。镜头的工作波段为400~1700 nm，焦距为75 mm，直径为50 mm，遮拦比为0.75，全视场角为6.2°，系统总长为22.7 mm，系统长度与焦距比为0.302。优化后镜头光学传递函数曲线平滑，100 lp/mm处大于0.35，倍率色差小于0.9 μm，成像质量良好。

针对超精密运动台的二维亚微米级精度同步测量需求，提出并建立了平面反射式二维光栅测量系统，研究了平面反射式二维光栅的平面位移同步测量方法，分析了平面反射式二维光栅测量系统的误差传递模型。通过Vold-Kalman滤波算法，对光栅信号中存在的高次谐波误差、幅值/相位误差进行实时修正和滤除。采用反正切细分算法和周期测量法对光栅正交脉冲的频率进行测量，实现对被测目标的高分辨率测量和实时运动速度测量。同时，构建了亚微米级测量精度的平面反射式二维光栅测量系统，测量范围为500 mm×500 mm，x、y方向的定位精度为±0.3 μm，测量分辨率为0.005 μm。

为了降低光学气体浓度传感器的制造成本, 利用 Zemax 光学设计软件设计并优化了一种适用于热光源的米级光程红外气体吸收池结构。结构由两个准直、聚焦光线的抛物面反射镜和五个用于增加光程的平面镜构成。仿真结果表明, 气体吸收池由于几何结构导致的光功率损耗仅为1%, 其光程达到了1049.75mm, 对比传统透镜结构的气体吸收池, 此结构具有体积小、光程长、损耗率低以及拓展性强等特点, 可应用于构建低成本、亚PPM级红外气体传感器。