针对空气折射率测量中Edlén公式法测量精度受限于传感器精度，以及固定长度真空腔的激光干涉法条纹整周期难以确定的问题，提出了一种融合激光单频干涉和PTF传感的空气折射率测量方法。设计了基于固定长度单真空腔的正弦相位调制激光干涉空气折射率测量光路。利用低精度传感器获得的空气折射率预测值来确定干涉条纹整数，采用PGC-Arctan算法精确解调干涉信号相位来获得小数干涉条纹，实现空气折射率的大范围高精度实时测量。搭建了实验装置，开展了与Edlén公式法的空气折射率测量比对实验。实验结果显示，在12 min和1 h内，两种方法测得结果具有较好的一致性，两者偏差的标准偏差分别为1.5×10^-8和2.3×10^-8，表明本文方法可应用于激光干涉精密位移测量中空气折射率的实时补偿。

为了提取固体表面的微振动信息，本文提出了一种基于正弦相位调制干涉仪和实时归一化PGC-DCM算法的探测方法。采用归一化PGC-DCM算法实现载波相位调制深度和载波相位延迟的计算，然后对正交干涉信号分量进行预归一化，再经过运算消去干涉信号条纹的对比度系数，实现正交干涉信号分量的完全归一化，最后利用微分交叉相乘原理实现干涉信号相位的解调。利用数值仿真证明了解调算法的有效性，并在光学暗室环境中搭建了一套正弦相位调制干涉系统，对多种不同频谱特征的固体表面微振动进行探测实验和信息解调；实验结果表明，所提方法能够准确探测固体表面的微振动信息，在3 kHz的被测微振动频率范围内，干涉信号相位解调的平均信噪失真比为33.0956 dB，动态范围优于22.75 dB。

针对载波相位延迟和调制深度漂移对正弦相位调制干涉仪中相位解调精度的影响,提出一种基于卡尔曼滤波的相位生成载波(PGC)解调非线性误差补偿方法。首先建立由PGC正交分量参数构成的卡尔曼滤波状态空间观测模型。然后对PGC解调的正交分量幅值和偏置进行最优估计与修正,减小相位解调的非线性误差。最后理论分析阐述该补偿方法的原理,开展模拟干涉信号的相位解调仿真测试和正弦相位调制干涉位移测量实验。实验结果表明:提出的方法能够有效减小PGC相位解调非线性误差,实现纳米级精度的位移测量。

基于正弦相位调制的全深度复频域光学相干层析成像技术,具有镜像抑制效果好、速度灵敏度高、能在信噪比最高的零光程差位置附近成像的优点,在多普勒成像领域得到了一系列应用。然而,该技术不适用于运动速度较高的样品。为此,提出一种基于差分相位解析的复频域多普勒光学相干层析成像技术。对二维干涉谱信号进行傅里叶变换得到干涉层析信号后,利用相邻干涉层析信号的差分相位重建复层析信号,对其进行相位解调,得到全深度层析图像和多普勒图像。仿真和实验结果表明,该技术能降低高速运动对时间频谱各分量展宽的影响,得到更加准确的多普勒相移和更大的速度探测范围。

报道了一个正弦相位调制的大视场机载直视合成孔径激光成像雷达。在室外3.8 km进行了视场扫描并获得了高分辨率合成孔径成像。同时给出了该机载直视合成孔径激光成像雷达的3 km飞行试验结果, 获得了高质量大视场图像, 其成像视场提高了一个量级, 达到了4.8 mrad。

基于条纹投射和正弦相位调制技术，提出了一种用于测量物体表面三维形貌信息的光纤干涉系统。通过杨氏双孔结构实现了条纹投射，并以余弦电压信号驱动压电陶瓷实现正弦相位调制。为了消除机械振动、温度波动等外部干扰，采用相位控制系统对相位漂移进行检测，并生成实时相位补偿信号。补偿后相位误差可达6.8 mrad，从而获得高精度的干涉条纹相位稳定度。对待测件的表面轮廓连续测量两次，时间间隔为10 min，测量重复度达到0.05波长。实验结果证明：该系统能够实现较高精度的表面形貌测量。

为了消除环境因素(尤其是振动和温度波动)在物体表面三维形貌测量中的影响,基于正弦相位调制(SPM)发展了一种光纤干涉条纹相位稳定技术。利用马赫-泽德光纤干涉仪结构和杨氏双孔干涉原理实现高密度的余弦分布干涉条纹投射。利用两光纤干涉臂端面的菲涅尔反射生成迈克尔逊干涉信号,由光电探测器(PD)检测后送入相位控制系统。采用相位生成载波的方法提取干涉信号的相位,并将生成的补偿信号闭环反馈给压电陶瓷驱动器,与正弦相位调制信号相加后共同驱动压电陶瓷,补偿环境因素带来的相位漂移,实现干涉条纹相位的稳定。环境因素对条纹相位的影响低于57 mrad,实验结果验证了该方法可行性。

在基于条纹投射的物体表面形貌测量中, 温度漂移和振动是造成条纹相位漂移的主要因素。为了稳定条纹相位, 在相位补偿系统 (PCS)中运用峰值检测简化相位提取过程, 发展了一种基于正弦相位调制的干涉条纹相位稳定技术。将光纤缠绕在柱形压电陶瓷 (PZT)上, 向 PZT注入正弦驱动电压实现对干涉条纹相位的正弦相位调制。运用 2×2光纤耦合器分光, 结合马赫-泽德干涉与杨氏干涉结构实现条纹投射。光电探测器检测两端面反射信号形成的迈克尔逊干涉信号, 从中提取环境因素引起的相位漂移, 运用旋转坐标数字机进行快速反正弦计算, 生成的补偿信号与调制信号叠加后共同驱动 PZT, 实现条纹相位稳定。实验结果表明, 条纹相位稳定精度为 5.5 mrad, 较好地消除环境因素引起的相位漂移。

将多普勒探测与正弦相位调制复频域光学相干层析成像技术(OCT)相结合，建立了基于正弦相位调制的全深度频域多普勒光学相干层析成像系统。利用正弦相位调制B-M扫描方法，并采用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号，获得全深度层析及多普勒图像。成像深度范围扩大为原来的2倍，在整幅图像范围内均可获得较高的速度探测灵敏度。基于该系统获得了血流仿体的全深度层析图及全深度多普勒图。实验测量的系统最小可探测速度为5.35 μm/s。