为了从微观角度分析材料服役损伤机理，快速准确地测量材料表面微观形貌， 对白光干涉技术进行了理论分析，并采用白光干涉技术对磨斑、蚀坑两种不同类型的材料损伤形貌进行了具体的测试研究。测试结果表明，白光干涉仪可以准确地测量出磨斑、蚀坑的二维和三维形貌及深度分布数据。测得磨斑深度为45.68 μm，腐蚀后的材料表面最大点蚀坑的深度为5.14 μm。白光干涉仪适合于测试材料服役损伤后表面的三维形貌和数据。利用此技术可以对材料微观表面形貌进行快速精确的测量，对深入理解材料服役行为及寿命预测具有参考意义。

为了测试保偏光纤环的偏振耦合分布及绕环光纤拍长,采用白光干涉仪对光纤环进行测试。一方面,通过测试获得了光纤环的偏振耦合分布,有利于研究影响光纤环保偏能力的主要外部因素。另一方面,通过识别光纤环两端尾纤与白光干涉仪两个熔点产生的偏振耦合干涉峰,获得了沿绕环光纤两正交偏振主轴传输的光信号的光程差,进而计算出了绕环光纤的拍长。实验表明,0.13°以上的角度对轴误差均可被有效识别。证明了采用白光干涉仪通过一次测量同时测得光纤环偏振耦合分布和绕环光纤拍长的可行性。该研究为保偏光纤环偏振特性的全面表征提供了一种简单有效的方法。

激光中心温度探测是激光领域的一个重要课题, 直接影响着激光在工程技术中的应用。利用XL-800WF光纤传输多功能脉冲激光加工系统, 照射厚钢板, 得到钢板的熔化图。通过显微镜测量熔斑的直径, 从而计算液态钢的凝固时间。根据激光温度的扩散原理, 建立理想条件下钢板的热传导方程, 模拟出钢板的温度演化规律。结合凝固时间, 推导了XL-800WF光纤传输多功能脉冲激光中心温度的理论值。

为提高光学表面的功率谱密度检测精度, 研究了白光干涉仪仪器传递函数(ITF)的产生机理和标定方法。将白光干涉仪作为非相干成像系统, 对正弦表面干涉光强进行Bessel函数展开, 通过干涉光强的频谱强度变化研究白光干涉仪对正弦表面高度的作用机理, 利用数值仿真计算了白光干涉仪对正弦表面的衰减程度。采用30、80、120 nm高度的台阶标准板对商品白光干涉仪的传递函数进行标定, 并提出了一种可靠的ITF计算方法。理论分析、数值仿真和实验结果表明: ITF随表面高度的增加而增大, 此时白光干涉仪对表面高度的响应表现出明显的非线性; 表面高度小于λ/10得到的ITF曲线与白光干涉仪光学系统调制传递函数非常接近, 白光干涉仪对表面高度的响应接近线性。文中对于白光干涉仪频域传递特性研究和光学表面功率谱密度检测具有重要意义。

为了实现对金刚石砂轮表面形貌的非接触精密测量, 开发了基于干涉原理的金刚石砂轮表面形貌专用测量系统, 研究了该系统的测量原理和关键技术。根据垂直扫描白光干涉显微测量原理以及被测对象的特征, 提出了适用于砂轮测量的方法,研究了系统的自动扫描范围、垂直方向的扫描方法、单次测量三维表面的恢复算法和磨粒的识别算法。结合自行设计的夹具搭建了砂轮测量系统, 并对多次测量拼接算法进行了实验分析。实验结果表明: 基于区域重合大小(重合度为30%~50%)的拼接算法获得的拼接前后重合区域的相关系数均大于0.8, 拼接后重合区域的高度差均小于0.4 μm。得到的结果显示所搭建的系统可以恢复砂轮的形貌, 其测量范围和精度满足砂轮磨粒评定和分析的要求。

众所周知由于两个干涉臂光路不匹配和参考镜面与被测表面的离焦, 要得到相干长度非常短的 Linnik白光干涉仪的干涉条纹是非常困难的。本文提出了一种自动调节的方法来解决这个问题。为了实现参考镜面和被测表面的对焦, 在商用 DVD读取头的基础上, 对其像散法进行改进, 具体方法是对和信号 SS设定一个阈值, 通过此阈值对归一化后的 FES曲线(NFES)进行裁剪, 从而获得一个与离焦距离成单调关系的曲线 (TNFES), 其过零点对应的就是焦点。经过实验证明, 改进后的自动对焦系统的动态范围为 190 μm, 平均灵敏度 70 mV/μm, 平均标准偏差 0.041 μm, 分辨率 4.4 nm, 不确定度 55 nm。此外为了最小化两个干涉臂的光程差, 本文采用均方根 RMSFC算法来计算成像在 CCD上的干涉条纹的对比度, 通过找到其最大值来最小化光程差。实验证明本文提出的自动方法可以有效地获得 Linnik白光干涉仪的干涉条纹。

保偏光纤谐振腔交叉偏振耦合引起的偏振波动是谐振式光纤陀螺的主要噪声源之一，保偏光纤偏振主轴旋转90°对接是克服偏振波动的有效方法，其对接角度误差大小对陀螺噪声抑制效果有重要影响。为此利用迈克耳孙(Michelson)白光光纤干涉仪偏振耦合测试方法，从理论上对双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差进行了分析，得到迈克耳孙光纤干涉仪输出的干涉交流项公式和干涉波形，进而计算得到双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差角度。对双耦合器的保偏光纤谐振腔90°对接角度误差控制进行了实验研究，实现了0.37°的角度对接误差。

在对白光干涉仪及白光干涉法偏振耦合(PC)测试原理进行分析的基础上,设计搭建基于白光干涉法的全保偏光纤结构的迈克耳孙(Michelson)干涉仪偏振耦合测试系统,实现对保偏光纤(PMF)偏振耦合的检测,并进行了单耦合点和多耦合点测试实验,耦合系数探测灵敏度可达70 dB,得到较好的实验结果,验证了白光光纤Michelson干涉法偏振耦合测试的可行性。最后,使用超辐射发光二极管(SLD)光源、放大自发辐射(ASE)光源和掺铒光纤放大器(EDFA)光源对小耦合系数的保偏光纤偏振的耦合系数进行测量,分别得到0.36%,1.8%和2.5%的测量误差,验证了系统的精确性。

针对当前各种色散测量方法的不足，结合光子晶体光纤(PCF)易于产生超连续谱和白光干涉仪测量精度高的特点，设计并搭建了一套基于超连续谱马赫曾德尔白光干涉仪的色散测量系统，实现了光子晶体光纤的高精度和宽波段色散测量。利用该系统对一种纤芯直径约为5 μm，空气孔直径为3.54 μm，孔间距为5.52 μm的全内反射型光子晶体光纤的色散特性进行了测量，实验结果与数值计算的结果基本一致，零色散点相差小于50 nm，较好地验证了测量方法和实验系统的有效性。

与激光干涉测量技术相比，光纤白光干涉(WLI)测量术一个最大的优势是能够绝对测量静态的物理参数。综述了近年来国内外在光谱域光纤白光干涉测量技术领域所做的研究工作，重点阐述各种基于相位测量的光纤白光干涉测量法，包括干涉级次法、傅里叶变换相位法、傅里叶变换相对测量法、波长扫描测量法和相移测量法。其目的是为了解决光谱获取问题、测量分辨率问题和自动测量问题，实现光纤白光干涉测量技术的仪器化和工程化。