针对合成波长方法动态范围较小的问题，提出一种用于相敏谱域光学相干层析（PSSD-OCT）的大动态范围合成波长相位解包裹方法，解决了传统合成波长方法的相位包裹限制问题，实现了大动态范围、快速及高灵敏度的PSSD-OCT成像。通过选取全长度干涉光谱和位于光谱仪中间的半长度干涉光谱，计算合成相位缺失的周期数；利用全长度干涉光谱及半长度干涉光谱解调结果的分段组合，消除易受噪声影响的相位周期数±1跳变问题。通过阶差规、硬币及电路板的成像实验，证明该方法可以用于大动态范围（毫米级）的高灵敏度位移解调。

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。

散射是光学成像中普遍存在的现象，成像路径中存在的烟雾、水体、生物组织等散射介质导致光束发生随机散射效应，使得像面处目标信息以杂乱无章的散斑形式存在，如何应对散射介质对成像的限制是当前光学成像领域的研究热点。全息技术能够记录和重建物体全部信息，是获取和解译光场信息的有力工具之一。近年来，传统全息以及相关全息理论被推广应用至散射成像领域，取得了一系列突破性成果，文中主要介绍与归纳了散射成像领域中应用全息技术的理论原理、发展历史及最新进展，并展望其发展前景。

针对飞秒激光合成波长法高精度绝对距离测量中光功率-相位转换效应引起的误差,提出一种基于多项式拟合的误差修正方法,以提高飞秒激光测量系统的测距精度。搭建类迈克耳孙干涉测量系统,经过光电探测后得到飞秒激光模间拍频信号,利用快速傅里叶变换解算拍频信号的相位差,并研究相位差随光功率的变化。结合相位测距技术,将测距结果与长度基准作参考,采用基于最小二乘法的最优多项式拟合形成不同光功率下的测距校正表。实验中以四次谐波进行测量,结果表明:当光功率在1~3mW变化时,测距误差变化率约为2.7mm/mW,通过校正技术,在110mm范围内测距残余误差从±0.25mm下降到±0.08mm。该研究可将飞秒激光高精度测距技术应用到室外环境、复杂的工业环境甚至非合作目标等光功率变化较大的测量场合,显著地拓展飞秒激光精密测量的应用范围。

提出了一种应用于谱域相位显微成像的相位解包裹方法。利用傅里叶变换及合成波长相位计算方法分别得到具有较小噪声的包裹相位和具有较大噪声的解包裹相位,利用解包裹相位与包裹相位之差计算包裹相位的包裹次数,以此对具有较小噪声的包裹相位进行解包裹。该方法消除了现有方法引入的边界分段错误。建立了一种基于合成波长的谱域相位显微成像系统,使用压电位移台定量验证了该系统可以用于大梯度边界的相位解包裹,并进行了红细胞和倾斜镜面的相位成像。该系统在空气中的位移灵敏度为0.043 nm。

针对原有基于强度传输方程(TIE)的非干涉相位恢复技术只适用于单波长条件下近距离传播时相位求解的局限, 提出了一种双波长照明条件下的TIE算法.该算法在求解过程中考虑两个波长下相位间的相关约束, 并引入了合成波长的概念.同时, 考虑到TIE法在远距离传播时相位恢复精度较低的问题, 将其与角谱迭代算法结合, 提出了一种双波长混合迭代算法.实验结果表明, 双波长TIE算法相位恢复图的误差平均值降低到0.191 2; 在远距离传播时, 双波长混合迭代算法相位恢复图的误差平均值降低到0.220 2.表明所提算法可以在双波长照明下有效地恢复相位信息, 并且不受距离的限制.

针对使用单一频率飞秒激光纵模间拍信号测距时测量分辨力和最大非模糊距离之间的矛盾,提出了一种同时使用不同频率的微波信号对距离进行测量并逐级合成测量结果的方法。分别选取频率为100 MHz和1 GHz的纵模间拍信号测量目标距离,之后调整飞秒激光器的重复频率,使1 GHz的纵模间拍信号频率变化1 MHz后再次测量,借助频率变化进一步得到更大的合成波长,最后将三次测量的结果逐级合成,在扩展最大非模糊距离的同时保证了测量结果的高精度。实验结果表明,这种方法能够将最大非模糊距离扩展到150 m,对目标绝对距离的测量结果不确定度为25.8 μm。该方法不需要改变光路结构,测量过程简便,能很好地实现大尺寸高精度的绝对距离测量。

为使剪切散斑干涉能适用于物体大变形的测量, 选用双波长激光照射和彩色相机, 用傅里叶变换法对干涉图进行频谱分离, 用红色波长相位减去绿色波长相位, 得到合成波长相位, 经频域滤波和相位解包裹, 得到连续相位.理论计算表明合成波长相位条纹数是单波长相位条纹数的0.189倍.合成波长参与计算可以有效减小相位条纹密度, 解决剪切散斑干涉在物体离面位移测量中由于变形条纹过于密集而导致欠采样的问题, 同时降低对干涉条纹滤波和相位解包裹难度, 增强图像处理可靠度, 提高了测量准确度.给出了合成波长与单波长相位幅度的比较以及相同外力下二者相位条纹密度的对比, 实验验证了所提方法的有效性、准确性和可靠性, 实现了剪切散斑干涉对复合材料大变形的测量, 扩展了剪切散斑干涉工程应用的范围, 为新型剪切散斑干涉测量系统的设计提供了参考.

飞秒光学频率梳作为精密光学频率标尺，可以用来产生频率稳定度极高的单波长连续激光，利用其多个梳模制备理想的多波长光源用于绝对距离测量具有测量速度快、实时性强、非模糊度量程大、精度高等优点。以多波长测距的基本理论和光梳高频率稳定度为基础，提出了二次合成波长的方法，不仅扩展了非模糊度量程，同时为干涉信号的多波长解调创造了足够的波长间隔条件。结合光梳的波长特点，分析了基于光梳的多波长选择与非模糊度量程的关系，并阐述了具体的选择步骤及波长组合结构。利用小数重合解调算法，在0.01的小数相位测量精度条件下，仿真验证了四波长干涉测距的非模糊度量程为35.636 mm，五波长干涉系统可以达到几百毫米的非模糊度量程，后者相对分辨力的动态量程达到109量级。

描述了激光合成波长纳米测量干涉仪的测量原理,分析了非线性误差对该干涉仪的影响,得出了由偏振光非正交、椭偏化和光学元件偏振非正交及椭偏化等对该干涉仪造成的非线性误差为偏振态误差的二阶或高阶小量。进行了激光合成波长纳米测量干涉仪和激光外差干涉仪的对比实验,结果表明激光合成波长纳米测量干涉仪的最大误差为2.1 nm,优于激光外差干涉仪的最大误差7.5 nm,验证了激光合成波长纳米测量干涉仪的优越性。