针对光纤微缺陷检测问题，提出了一种基于激光的光纤微缺陷检测方法，分析了光纤微缺陷的基本结构以及激光检测法的原理，并以此搭建了实验装置，进行了缺陷检测实验.实验中用准直氦氖激光束横向入射光纤,在光屏上得到光纤前向散射图样的分布图像，然后对图像进行处理.通过与显微镜观察法的实验结果比较，发现激光检测方法可有效地进行缺陷检测，其检测结果与显微镜直接观察法一致，可以作为光纤拉制后、涂覆层前的缺陷复测.

为了研究电介质随机表面散射特性的物理产生机制，采用基于Kirchhoff近似的Monte-Carlo方法进行了数值计算，得到了一组不同粗糙程度的电介质随机表面在s线偏振光入射时的散射光强度空间分布。所有表面自相关长度相同。结果表明,随均方根高度的增加,散射光强度空间分布呈现峰值衰减、展宽和向后向移动的特征。对这些散射特征进行分析可知，这些散射特征产生的主要因素是本地面元的斜率分布和本地反射率，它们共同影响了散射光强度分布曲线的轮廓特征。这一结果对其它情形下的粗糙表面散射特征产生机制的研究有一定参考价值。

为了研究多脉冲视频累积提高激光回波探测信噪比的途径的有效性，以噪声的统计特性为基础，理论分析了多脉冲视频累积提高激光回波探测信噪比的基本原理，并通过数值仿真和实验验证了视频累积提高激光探测信噪比的可行性。结果表明，当脉冲累积数N较小时，通过多脉冲视频累积可以提高激光回波探测的信噪比N倍，与视频累积结论一致；但当N大于一定值之后，由于系统带宽、A/D转换精度和采样率等因素的影响，使信噪比随累积脉冲数的变化明显偏离了N的指数规律。该研究为进一步通过多脉冲视频积累探测改善激光回波探测的信噪比，实现强噪声背景下的弱信号检测提供了理论和实验基础，对提高半导体激光测距系统的探测能力有着直接的指导意义。

与不规则颗粒对应的随机脉冲信号计数分布是颗粒群粒度分布的完整反映。以幅度、宽度两个相对独立的特征参数为基础,研究了散射光脉冲信号计数分布的统计特性。利用激光尘埃粒子计数光电传感器对空气中尘埃粒子产生的散射光脉冲信号的幅度、宽度分布进行了统计测量,实验结果表明脉冲信号的统计分布不具有中心对称性,其幅度和宽度的计数分布都是满足对数正态分布规律。对数正态分布规律是测量过程中随机作用的具体表现。进一步的计算结果可证明,不规则颗粒群特征参数幅度和宽度之间存在分形结构关系,其分形维数为两者计数统计离散度的比值。

为了研究激光尘埃粒子计数器计数信号幅度概率分布,对激光尘埃粒子计数器计数信号幅度概率分布与传感器光敏区光强分布、采样气流中的粒子数密度、气体层流速度分布之间的关系进行了理论分析。采用自行设计的带保护气套的光电传感器测定粒子计数信号幅度概率分布,给出的分布模型与理论分析相吻合。结果表明,尘埃粒子计数器计数信号幅度概率分布由传感器光敏区光强分布和粒子数密度空间分布共同决定,这为尘埃粒子计数器的设计提供了理论依据。

提出了一种同时基于全内反射和光子带隙效应两种导光机制的双芯光子晶体光纤(PCF),并采用全矢量有限元法对其耦合特性进行了分析。该种光子晶体光纤双芯间的耦合不同于基于单一导光机制的双芯光子晶体光纤,出现了超模交替截止、耦合长度存在极大值等现象,光纤两纤芯间高折射率柱的谐振在双芯间的耦合过程中起着重要的作用。通过改变光纤中空气孔的大小及间距可以显著改变光纤的耦合长度,而改变高折射率柱的折射率可对耦合长度极大值的位置进行调节。

以激光雷达回波信号的频谱特征为基础，提出了用信号延时叠加来提高激光雷达探测信噪比的方法.通过实验测量获取了大量激光雷达回波信号，并以此为基础，讨论了信号延时叠加提高激光雷达探测信噪比的可行性.结果表明：在系统带宽50 MHz、回波脉宽30 ns的条件下，通过信号延时叠加可提高激光雷达的探测信噪比在40%以上，且存在最佳的延时时间.

分析了计数法颗粒物质量测量的一般数学模型,结果表明颗粒群总质量能表示成各通道计数值的线性迭加。在此基础上以光散射球形颗粒群质量测量为例,以颗粒物的同质量子集Ni为出发点,依据统计理论推导出计数通道的散射光通量与颗粒群的平均体积之间存在分形关系φ=Lβ,由此得出计数通道平均质量j与计数通道特征参数φ的一般函数关系(φj )≡ρj=ρL-ηφηj ,η为光散射等效截面分形维数,且0<η<3。并将其推广到非球形颗粒的测量之中,由此建立起光散射计数法颗粒群质量测量的完整的数学模型,为实现计数器在线测量颗粒群的质量浓度提供了一种可行途径。

为了研究尘埃粒子计数器信号传输的本质特性，采用从单粒子信号出发的方法，在研究单粒子散射光收集特性、光电转换特性的基础上分析单径粒子群信号分布的统计特性及混合粒子群在传感器中的输入－输出信号传输特性，并进行了实验验证，实验值与理论值基本一致，相关系数高达0．9以上。结果表明，尘埃粒子计数器的信号传输特性的本质是将粒子群的粒径分布描述方式以线性变换的方式转换成相应的脉冲信号幅值分布描述方式。这一结果为促进仪器向大流量、高灵敏方向发展奠定了理论基础。

为了提高脉冲激光雷达的测距精度，研究了光束在空域为高斯光束、时域为钟型脉冲的激光雷达在恒电压幅度鉴别模式下，回波信号幅度变化和宽度变化对测距精度的影响。证明在一定范围内，由回波幅度变化所造成的测距误差与由回波脉宽变化引起的测距误差，随鉴别电平的取值不同，呈现出相反的变化趋势，即最佳信号门限比的存在，并导出了相应的计算公式。通过改变接收信号强度，对不同信噪比、不同信号门限比条件下大量测距实验结果进行了分析，验证了最佳信号门限比的存在。在一定的实验条件下，最佳信号门限比的取值在1．8附近，实验结果与理论计算吻合良好。这一研究结果为不同应用条件下，激光雷达鉴别电平的合理选取提供了依据。