为了研究基于压电陶瓷的法布里-珀罗(F-P)波长滤波器扫描非线性的物理机理及优化方案, 搭建了基于F-P滤波器的扫频激光器。用基于梳状滤波器的透射时域法研究了扫频激光器输出的非线性特性, 获得了不同扫描频率下的扫频非线性特性的变化情况, 认为这是由于可调谐滤波器中的执行器——压电陶瓷的容性负载特性引起的。结合光谱测量法, 获得了动态扫频线性度、扫频范围与驱动频率的关系, 实验结果与理论分析结果相符。最后, 提出了优化扫频非线性的驱动参数方案。通过在驱动源后增加电压跟随器提高了驱动源的负载能力和高速扫频的线性响应特性, 并应用于光纤光栅解调。实验得到了1 000 Hz扫频速度下的线性解调结果, 即解调线性度为0.998 44。

为实现μs档条纹相机扫描非线性标定, 建立了基于延时可调信号源和外触发激光器的条纹相机μs档扫描非线性标定系统, 弥补了标准具法的不足。系统通过延时值的递增, 得到条纹相机扫描速度在全扫程的变化。系统中时间关系抖动来源主要是测试设备延时抖动和条纹相机触发延时抖动。时间抖动测试与分析显示, 条纹相机延时抖动±0.6 ns, 测试设备延时抖动±0.3 ns, 系统总时间抖动±0.7 ns。系统时间抖动会造成最终时间轴信息的起伏。大量数值模拟分析表明, 时间轴起伏对系统时间抖动的影响±2 ns, 在可以接受的范围内。因此, 该系统能够胜任条纹相机μs扫程时间信息的测量标定。

扫描转镜是激光扫描探测系统的重要组成部分。从几何光学原理出发，以旋转六面转镜扫描为例，推导出扫描轨迹的表达式，分析了入射光线位置与扫描轨迹的关系，并给出了扫描角度与扫描轨迹的关系曲线。系统本身的结构特点是产生扫描非线性和非对称性的根源。为了减小扫描轨迹的非线性，提出了一种使用曲面反射镜的扫描系统，并对其扫描轨迹进行了求解和计算。由计算结果可知，该系统能有效克服平面转镜扫描系统的非线性特性。

为了使条纹相机输出图像达到更高的测量准确度，提出一种基于图像处理的扫描非线性修正算法. 该算法根据给出的标称扫描速度拟合出扫描速度曲线，求出每道的扫描速度，取其算术平均值作为一个标准，根据每道的扫描速度与该标准的大小关系来修正像素的位置和亮度. 实验结果表明，可以将测量非线性由原来的8%减小到2%以下.

从光学基本原理出发,得到了四面柱体转镜扫描的非线性解析解,并进行了数值计算,从而给出了四面柱体转镜扫描的非线性曲线。在理论分析的基础上,设计了一种单片双面镜二维扫描系统。利用该系统能有效地克服多面柱体转镜一摆镜二维扫描系统的非线性特性,给后续的计算机实时图像处理工作带来了方便。