为满足大尺寸测量仪器性能与制造水平提升的需求，基于非正交轴系架构理念对激光经纬仪进行设计。针对非正交轴系经纬仪在无参考末端情况下计算反向运动旋转角度的难题，提出反向运动线性模型，以实现旋转角度的快速、高精度计算。首先，基于李群李代数基本理论构建非正交轴系经纬仪正向运动学模型。其次，构建空间目标点与视准轴位姿参数间的约束关系，并结合旋转角度误差传递模型，确立用于求解旋转角度误差修正值的线性方程组。最终通过旋转角度初始估计值与误差修正值线性相加，获取高精度的反向旋转角度值。仿真结果表明，该方法所计算的旋转角度误差趋近于0，真实实验的旋转角度误差均小于0.02 mrad，验证了所提反向运动学线性模型的可行性与实用性。

光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件, 具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延 (MBE)方法制备 InGaAs/InAlAs超晶格作为 1 550 nm光电导天线的光吸收材料, 使用原子力显微镜、光致发光、高分辨 X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量; 通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了 4.5 THz的频谱宽度, 动态范围为 45 dB。

在页岩气的开采过程中，需要对压裂作业中产生的微震波进行检测。在传统的基于后向瑞利散射的分布式光纤传感技术的基础上，提出了一种应用于微震波检测的线性扫频脉冲调制方法。将调制系统中的矩形脉冲改为线性扫频脉冲，通过压缩脉冲匹配滤波的方式实现长距离、高空间分辨率传感。经过仿真与实验验证，选用线宽约为10 kHz的窄线宽激光器为光源，经电光调制与声光调制，可实现扫频范围为5.6~5.8 GHz、扫频时间为2 μs、传感距离为10 km的线性扫频信号调制，接收到的后向瑞利散射信号强度范围为-60~-50 dBm。

在页岩气开采过程中，基于相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）的分布式光纤声波传感（DAS）系统是对水力压裂作业中产生的微震波进行监测的常用方案。为了提高Φ-OTDR系统测量振动信号的信噪比，提出了一种基于变分模态分解（VMD）和互信息（MI）的振动信号去噪方法，对数字正交（I/Q）解调得到的相位信号进行进一步处理，VMD层数K通过去趋势波动分析（DFA）计算的标度指数确定，相位信号的失真和噪声通过剔除MI法确定的非相关模态进行抑制。并搭建了相干探测Φ-OTDR系统验证VMD-MI方法的去噪效果，分别对500 Hz单频振动信号和500、1000、1500 Hz多频振动信号使用VMD、小波降噪（Wavelet）、经验模态分解（EMD）、自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）进行处理。实验结果表明，所提方法对振动信号信噪比提升最为明显，在Φ-OTDR系统中具有良好的实用性。

绝对光谱响应度是探测器的重要技术参数之一, 随着太赫兹探测技术的发展, 精确测量太赫兹探测器的绝对光谱响应度变得越来越重要。 由于在太赫兹波段缺乏连续可调谐的太赫兹光源以及分光系统, 因此无法采用传统测量红外探测器绝对光谱响应度的方法来实现对太赫兹探测器绝对光谱响应度的测量。 基于反射法测量了2~10 THz相对光谱响应度, 通过CO2泵浦气体激光器作为泵浦光源测量了2.52和4.25 THz绝对响应度, 转化得到2~10 THz探测器的绝对光谱响应度, 并且对2.52和4.25 THz绝对响应率和相对光谱响应度这两个频率点进行了相互验证, 2.52和4.25 THz绝对响应度测量值之比为0.753, 相对光谱响应度测量平均值之比为0.749, 两者之差仅为0.004, 因此, 说明本文采用的反射法测量太赫兹探测器相对光谱响应度的方法是可行的。 另外水汽在太赫兹波段的测试有很大的影响, 对1.5~10 THz波段大气的衰减特性进行了测试, 试验表明水汽对太赫兹波有明显的衰减作用, 在不同环境湿度下测量时会产生不同的结果, 因此在太赫兹探测器测量过程中需要严格的控制大气的湿度, 从测试数据可得到, 大气中的湿度越小越好。 特别是在3.3 THz波段之前, 由于本身的信号比较弱, 如果水汽过大或测试过程中变化较大, 将严重影响测试效果。 该系统可以满足太赫兹探测器的研制、 生产、 检测和应用, 它可以为材料的选取、 工艺改进、 数据补偿、 光学系统设计、 图像处理提供指导, 同时也可以推动太赫兹**装备效能的重要依据。 因此, 太赫兹探测器绝对光谱响应度的测量对器件设计制造者、 成像装备系统设计制造者以及器件使用者来说都具有非常重要的指导意义。

脑缺血是一种常见的突发性脑外科疾病, 具有较高的致死致残率, 快速、 准确对脑缺血程度进行检测对脑缺血的诊断与治疗工作具有重要意义。 基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术, 分别对脑缺血时间为0, 0.5, 1, 2, 4, 6和24 h的大鼠脑脊液和血清进行光谱检测, 并对不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率随缺血时间的变化规律进行分析。 结果表明, 与对照组相比, 不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率均存在一定的差异。 在此基础上, 根据不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数, 采用主成分分析法和机器学习算法对大鼠的脑缺血程度进行自动分类识别。 其中, 基于脑脊液吸收系数的支持向量机分类模型的识别准确率相对较高, 达到了89.3％。 该方法为脑缺血的早期诊断提供一种新的检测方法。

随着太赫兹探测技术的发展, 精确测量太赫兹探测器的光谱响应变得越来越重要。分析了太赫兹探测器相对光谱响应的测量原理, 搭建了一套太赫兹探测器相对光谱响应测量系统,对系统测量不确定度来源进行分析, 选用太赫兹探测器对测量系统不确定度进行验证。通过分析实验数据可知, 在 1~10 THz范围内, 系统的扩展不确定度为 9.2%, 可以满足目前太赫兹探测器相对光谱响应测量的需求。

针对工业检测中对表面缺陷的高精度检测和定位需求,提出了一种缺陷特征重建方法。通过在基于双目光栅投影的三维重构系统上附加纹理相机,实现对于重构点云模型的纹理映射,并结合纹理相机图像中提取到的特征区域,完成表面特征的三维重构。针对待测物体需要进行多视角重建的情况,引入精密转台,利用旋转轴标定方法获取不同旋转位置下纹理图像与点云数据的映射关系,并利用基于距离判据的判断方法实现了对遮挡部分点云的剔除。采用四象限临近点搜索和基于距离加权平均的线性插值方法对纹理图像中像素坐标进行三维测量。实验完成了对于图像中标注缺陷轮廓内像素点的重建,实现了对于表面特征的精确尺寸计算和定位,通过对重建的缺陷尺寸和位置进行计算并与影像测量仪测得结果进行对比,可得本文方案对缺陷三维尺寸和位置的测量误差不超过0.2 mm,且能更准确地计算缺陷面积。

以柠檬酸三钠为结合剂，采用水热法结合高温烧结两步法制备了一系列NaY1-x(WO4)2∶xSm3+(x=0、0.005、0.010、0.015、0.020、0.025、0.030)粉末。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和荧光性能(PL)对粉末的相结构、形貌、成分以及发光性能进行了表征。研究结果表明，所合成粉末为NaY(WO4)2的纯相，属四方晶系白钨矿结构，其形貌为3D花形。在405 nm的光激发下，NaY(WO4)2∶Sm3+粉末在600 nm处具有最高的荧光强度，对应于Sm3+的4G5/2→6H7/2磁偶极跃迁，观察到橙红光发射，且Sm3+最佳掺杂摩尔分数为0.015时，粉末显示出最强的荧光发射强度。

为保证太赫兹辐射强度测量的准确可靠,对热电型太赫兹探测器的响应度进行了校准。首先,基于替代法构建了太赫兹探测器响应度校准装置,该装置的合成标准不确定度为2.4%。然后,在1.63 THz频率点处,利用校准装置对12D-3S-VP型太赫兹探测器进行了校准,得到的响应度校准结果为197.6 mV/W,与厂家标称值一致。对自主研制的热电型太赫兹探测器进行了校准,得到的响应度和合成标准测量不确定度分别为362.2 mV/W和2.7%。最后,将校准结果的标准偏差值与合成标准不确定度进行了比较,发现标准偏差值在合理范围内,这进一步证明了校准方法、校准结果以及不确定度分析的合理性。