利用宽带飞秒振荡器作为激发光源搭建了双光子荧光显微成像系统, 在飞秒脉冲的宽带激发下, 测量了罗丹明B溶液的双光子荧光光谱, 开展了罗丹明B固体样品的双光子荧光显微成像研究。在双光子荧光显微成像研究中, 通过调节激发脉冲的功率, 分析了双光子荧光强度和激发脉冲功率之间的关系, 并且利用半波片改变线偏振激发光场的偏振方向, 研究了双光子荧光强度随激发脉冲偏振方向的变化趋势, 实现了双光子荧光强度的类正弦调制。

谐振式光纤陀螺(RFOG)是基于Sagnac效应产生的顺时针光路与逆时针光路的谐振频率差来测量旋转角速率的光学传感器。由于Sagnac效应极为微弱,RFOG常采用信号调制解调技术提高检测精度。首先介绍了基于正弦相位调制解调的RFOG的基本原理及衡量其性能的主要指标,详细推导了基于正弦相位调制解调的RFOG系统受散粒噪声制约的理论角度随机游走(ARW)的表达式,分析了调制参数包括调制频率和调制系数对理论ARW的影响。研究表明,在给定的激光功率及光纤环形谐振腔条件下,存在一组最佳的调制参数和解调相位,用于实现ARW的最小化。以直径为12 cm、总长为29 m、测试清晰度为14.7的光纤环形谐振腔搭建了实际RFOG系统,当调制频率分别为1 MHz、600 kHz、240 kHz时,测试得到的陀螺ARW分别为0.0124,0.0072,0.0052 (°)·h ^-1/2。

通过在激光反馈干涉(LFI)系统中引入衍射光栅,提出了一种基于利特罗结构的激光反馈光栅干涉(LFGI)技术,用于一维和二维精密位移的测量。半导体激光器出射的光束以利特罗条件入射至反射式全息光栅,衍射光沿入射光方向返回激光腔后,腔内会发生激光反馈干涉效应。引入正弦相位调制解调技术,高精度地测量一维和二维微位移。利特罗结构和LFGI系统具有自准直性好、结构紧凑、易于操作和系统稳定性高的优点。实验结果表明,利特罗式LFGI系统的位移测量精度可以达到10 nm量级。

电致伸缩系数反映了压电材料本身的固有属性, 是衡量电致伸缩特性的重要参数之一。基于逆压电效应, 准确测量微小长度变化量可实现电致伸缩系数的高精度测量。现有光学测量方法基于直接检测光强分布获取微小长度变化量, 但受光源功率稳定性和环境扰动制约, 测量精度不高。为此, 本文采用多光束激光外差技术融合多普勒振镜正弦调制技术, 加载微小长度变化量于外差信号频率中, 研究测量微小长度变化量的外差信号理论模型及外差信号频率与电致伸缩系数间数学模型, 实现外差信号频率检测取代直接强度检测, 消除光源稳定性与环境扰动影响, 并且采用频率解调可以同时获取多个微小长度变化量, 对这些微小长度变化量加权平均, 最终可以进一步提高电致伸缩系数的测量精度。以此为依据, 通过理论仿真研究待测样品的电致伸缩系数, 结果表明: 该方法的相对测量误差仅为0.28%。与现有技术相比, 测量精度提高了一个数量级。

在各种波长调制光谱理论中, 波长调制函数的形式一般是随时间变化的正弦函数, 而在实际应用中, 标准的正弦函数信号容易混入高次谐频而失真, 从而给系统引入误差。 理论研究了当正弦波长调制函数中混入二倍频项时洛伦兹线型的傅里叶级数, 推导了该条件下洛伦兹线型的N阶傅里叶系数的表达式。 表达式中引入了谐波失真度参数K以表示二次倍频分量与基频的比值, 并针对K>001与K<001情况分别作了数值仿真, 仿真结果表明: 当K小于001时, 正弦调制函数的谐波失真带来的影响可以忽略, 当K接近或高于01时, 则会导致洛伦兹线型傅里叶级数幅度曲线中心点偏离原点, 并且谐波曲线的阶次越高, 或谐波失真度越大, 曲线的偏离程度越严重。 另外, 仿真了在K大于001时, 不同的调制度对奇数和偶数阶谐波幅度曲线的影响, 结果表明存在一个最佳的调制度可以使谐波失真对正弦波长调制的影响最小。 结果有利于加深对波长调制光谱的认识, 对激光稳频技术也有重要的参考作用。

由于线宽窄, 可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)一般情况下只能对一种气体进行检测。为了实现多气体同时或近同时在线检测, 本文以1 578 nm-H2S和1 747 nm-HCl混合气体同时在线监测为例, 研究了3种检测方法：(1)同频10 kHz正弦波和两路同频30 Hz不同步的分时锯齿信号法; (2)同频10 kHz正弦和30 Hz锯齿信号的光开关检测法; (3)多频(10 kHz和20 kHz正弦信号)正弦调制法。实验结果表明：分时锯齿信号法除幅值略有微小变化外, 在使用前后对测试结果影响很小; 光开关法在切换过程瞬间会略有不稳定, 但不影响后期的浓度反演; 多频正弦法的信噪比和抗干扰能力均有所提高, 进行HCl探测和H2S探测时, 信噪比在激光器关闭和打开情况下分别提高了0.95倍和3.17倍。以上3种方法操作简单, 可以方便地实现多气体组分的同时在线监测, 提高了TDLAS仪器的竞争力。

提出了一种非限幅四相相移键控(QPSK)类正弦调制技术，并将其运用到大气激光通信系统中。介绍了大气激光通信信道模型，给出了非限幅QPSK类正弦调制的大气激光通信系统模型。在此基础上，对采用非限幅QPSK类正弦调制和采用直流偏置副载波强度调制的大气激光通信系统在无湍流和弱湍流信道下的功率利用率、误码率、中断概率和信道容量进行了分析和比较。结果表明，非限幅QPSK类正弦调制具有更好的抗噪声性能、更高的功率利用率、较低的中断概率及较高的信道容量，提高了大气激光通信系统的性能，可满足大气激光通信系统的需要。

常规的有创血糖检测方法有较多的局限性, 光学无创血糖检测是糖尿病患者自我血糖评估的最佳方法, 提出了一种偏振光无创血糖检测方法, 将正弦调制偏振光通过血糖引起的微小偏振角的变化转化为电光调制器基频和倍频两个分量的变化, 由相关原理高灵敏锁相放大器检测基频信号, 控制法拉第线圈电流补偿血糖引起的偏转角变化, 利用血糖浓度与法拉第线圈电流的线性关系, 计算获得血糖浓度。以LX-20全自动生化分析仪测得的数据作为标准进行对比实验, 葡萄糖溶液实验的相关系数为0.9952。研究表明偏振光无创血糖检测方法具有较高的检测灵敏度和准确度, 为研制实用的新型无创血糖检测仪打下了基础。