太赫兹波在生物学和危爆物检测等领域有广泛的应用前景，但其在成像上会受到探测器灵敏度的限制。搭建一套基于太赫兹量子级联激光器的自混合相干成像系统，将全息成像技术与自混合干涉测量相结合，实现太赫兹波段的大景深成像。利用自混合收发一体的特性，在不同偏焦程度下，对分辨率板上每毫米2个线对的区域进行二维成像，在偏焦56倍波长条件下得到与焦平面处相同的图像对比度。

齿轮箱的振动信号当中包含齿轮运转过程中的所有特征信息，通过采集分析振动信号即可掌握设备当前运转状态。采集齿轮箱振动信号的方法有很多，利用激光自混合干涉原理实现的非接触式测量手段具有极其独特的优势：一是该方法能采集到齿轮箱故障早期的特征信号，以便及时采取对应措施；二是该方法在测量过程中无需破坏齿轮箱箱体表面即可得到检测所需的特征信息；三是相比于安装加速度传感器，该方法对箱体附着的反光镜片产生的影响很微小，可忽略不计。在实验过程中，人为制作行星轮磨损故障并采集故障特征信号，然后使用希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform，HHT）信号处理方法对采集到的行星轮的故障振动信号进行提取，并分析HHT所得到的各阶固有模态函数（IMF）分量以及希尔伯特谱。从希尔伯特谱中能够分析得出齿轮磨损故障的周期，所得结果与理论值对比吻合良好，说明该方法能够有效地检测齿轮箱振动故障。

基于自混合干涉效应的太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)相干测量系统是一种极其灵敏的传感系统。相比于传统的激光测速技术, 自混合干涉具有光路自准直、无需额外光电探测器和混频器等优势, 使系统的结构更加紧凑；而且, 使用太赫兹波进行相干测量, 有望提升测速上限。本文采用 THz-QCL的自混合干涉技术, 研究了系统对于两独立运动目标物的非线性动力学响应特性, 给出了自混合信号的多普勒频谱, 并通过频谱分析, 获得了两目标物的运动速率及方向。研究结果证实了利用 THz-QCL自混合干涉系统对目标物进行运动传感的可行性, 为高速运动的多目标物测速提供了新的技术手段。

基于传输矩阵理论及多模速率方程，研究了宽谱太赫兹量子级联激光器在不同光反馈强度下的自混合动力学特性。研究发现，在弱反馈下光场自混合对激光器光谱特性影响很小；反射物位置移动时的自混合信号呈正弦规律变化，同时自混合信号幅度随反射物位置的变化表现出周期性调制现象。宽谱量子级联激光器在弱反馈下可以应用于测距、成像及光谱测量。在强反馈下，宽谱激光器光谱受自混合影响显著，并有新的模式在原自由运行模式附近出现；但随着反射物移动，自混合信号波峰个数同弱反馈条件下一致，可正确描述反射物的移动规律。因此，强反馈下宽谱量子级联激光器仍可在一定条件下实现微米级的测距和成像技术。这一研究将有助于发展基于宽谱太赫兹量子级联激光器自混合现象的传感器应用。

激光自混合干涉在测量时容易受到噪声的干扰，从而影响测量的精度和稳定度。为此，在利用双光反馈提高自混合干涉信号信噪比的基础上，结合随机偏振激光自混合干涉双偏振差分探测技术，进一步降低系统噪声。实验结果表明，双光反馈与双偏振差分结合使用，可将自混合干涉信号的信噪比提高7 dB。因此，所提方法和技术在自混合干涉测量中具有良好的应用价值。

在激光扫频干涉测距过程中，目标振动在测距干涉信号中引入了多普勒频移，造成信号频谱展宽，导致了测距误差放大效应。为了降低振动对测距结果的影响，提出了基于激光自混合测振的测距误差补偿方法，通过同步测量自混合干涉信号的相位变化，补偿目标振动对测距干涉信号的相位调制，并采用频率重采样法校正激光器的调频非线性。最终通过仿真和实验验证了所提方法的可行性。在实验中，当测量的目标振幅为7102.1 nm时，测振标准差为7.9 nm，补偿前的测距标准差为3270.6 μm，补偿后的测距标准差降低到21.4 μm。补偿后的测距标准差接近无振动情况下的测距标准差，表明目标振动引发的测距误差放大问题得到了有效解决。

基于激光自混合干涉的振动重构方法需估算光反馈水平因子以及线宽增强因子，目标振动导致光反馈水平变化，引入较大的测量误差。为提高测振精度和鲁棒性，本文提出一种基于自混合干涉调频特性的振动重构算法，利用全光纤马赫-曾德尔干涉仪获得自混合干涉调频信号，解算出激光器的瞬时频率，并联合调幅信号相位实现对目标振动信息重构。该方法无需估算光反馈水平因子以及线宽增强因子，极大地简化了测量光路与解算模型，在保证测量精度的同时降低了振动信息提取过程的复杂性。数值仿真表明，在适度光反馈的条件下，该算法在振幅为2~100 μm的测量范围内具有良好的线性度。实验结果显示，在1.6~8.3 μm的测量范围内，重复测量标准差低于15 nm，非线性误差为0.78%。