针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差，提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系，利用位置敏感探测器（PSD）和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化，从而获得更为准确的转角测量结果，最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性，搭建激光外差干涉测量实验装置，分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52 μm降至0.18 μm，测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内，对M-531.DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量，将测得的转角进行位移补偿后，系统的位移测量结果与M-531.DD线性导轨位移的标准差从1.55 μm减小到0.29 μm。

海水折射率测量在海洋学中发挥了重要作用，但对于海洋气候和海水流场监测领域，现有的折射率传感器无法满足应用场景的高精度与高采样率要求。有鉴于此，文中基于光外差干涉原理设计了海水折射率传感器，分析了该原理下的散粒噪声、相位解调噪声对传感器折射率测量的影响，研制了高精度海水折射率传感器样机，其采样频率为24 kHz，折射率变化量测量值的标准偏差为 $1.584\;8\times $$ {10}^{-8}\;\mathrm{R}\mathrm{I}\mathrm{U}$，该技术促进了海水折射率测量在海洋气候及海洋洋流等领域的应用。

激光麦克风是一种利用光学多普勒效应获取远场语音信息的技术，其语音质量受到探测系统自身特性、光探测路径以及目标物等多个方面的影响。为了从远距离声场下的目标物获取更高质量的语音信息，文中通过单频声激励实验获得了4种典型目标物（A4纸片、A4纸盒、瓦楞盒、塑料瓶）的声致振动频率响应，发现了其在频率上的非均匀性。在此基础上，提出了一种基于ResUnet和TFGAN网络的激光语音增强方法，其通过ResUnet网络预测去噪梅尔谱图，并利用TFGAN网络由预测的梅尔谱图恢复出激光语音的时域波形。然后，利用实验室自制的激光麦克风在4种目标物上进行了远距离语音采集实验，采用文中提出的方法对采集到的激光麦克风语音进行了处理，并与非线性函数谐波重构法、DNN+谐波重构法进行了比较。最后利用客观语音质量评估（PESQ）和时域分段信噪比（SNRseg）对处理后的激光语音进行了量化评估。实验结果表明，在4种目标物上采集到的激光语音，经过非线性函数谐波重构方法和DNN+谐波重构方法处理后，语音质量均无明显提升，其相应的PESQ和SNRseg分值无明显提高。而经过文中所提的ResUnet+TFGAN网络方法处理后，激光语音取得了更高的PESQ和SNRseg分值，语音质量明显提升。因此，文中提出的方法在激光麦克风应用中具有更好的激光语音增强效果。此外，由实验结果可知，此方法在频率响应一致性较差的目标物上，仍然可以较好地重建频谱，恢复出高质量的语音信息。

鉴于通过测量高精度的位移数据可以获得高精度的微重力加速度数据，进而服务于多种空间科学载荷的研究任务，提出了一种基于三组正交对称角锥棱镜的双频光路，利用外差干涉测量技术实现空间惯性质量块的六自由度位移和角度测量的方法。通过光路矢量分析建立了实际角锥棱镜的光路模型，考虑质量块在运动过程中带来的附加光程差，推导了各测量光路的光程变化与质量块六自由度位姿的函数关系。为了克服小角度近似法精度不高的缺陷，提出了利用数值计算法解耦姿态角进而获得相对位移的位姿解算算法。利用空间在轨位姿数据和随机位姿数据进行系统仿真。仿真结果表明：数值计算的位移误差小于0.02 fm，且该方法的计算误差不会随着飞行器振动的增大而变大，算法具有更高的精度和更好的适应性。最后，分析了系统的误差来源，在保证角度安装误差小于5 mrad、距离安装误差小于10 μm且平行度小于2 mrad时，系统的姿态角测量误差小于0.017°，位移测量误差小于10 nm。本文提出的六自由度测量及解算方法也可以服务于其他精密加工与检测领域。

鉴于偏振光谱仪系统追求的目标是高偏振光谱分辨率、全Stokes谱静态测量、兼顾小体积轻质量，结合偏振光谱强度调制技术与空间外差干涉技术，提出空间调制外差干涉型偏振光谱仪系统。介绍了空间调制外差干涉型偏振光谱仪系统的结构原理，并对系统干涉图数据采集和全Stokes矢量解调复原进行了理论分析，给出了完整数学推导。结合空间外差光谱仪参数，匹配设计了调制器模块，给出一套完整的设计实例。在实验室搭台建立空间调制外差干涉型偏振光谱仪原理实验装置，通过对已知偏振态线偏振光的测量实验以及实验数据解析，验证系统原理及测量数据处理流程的正确性。结果表明：几种已知偏振态的线偏振光，由实验装置测量数据解析得到的Stokes矢量谱与理论分析结果基本一致，误差小于3%，验证了空间调制外差干涉型偏振光谱获取技术的可行性。