基于Mirau双光束干涉,研制了检测微表面形貌的Mirau相移干涉轮廓仪.柯拉照明提供被测面均匀的照明,干涉成像系统是长工作距无限筒长干涉显微镜结构,由Mirau干涉物镜和镜筒透镜组成.物镜由光焦度较大的正光组和光焦度较小的负光组组成.轮廓仪的放大率为-10,数值孔径为0.3,工作距5 mm,视场0.64×0.48 mm2,中心遮拦0.129.相移器为电容式闭环控制的压电陶瓷传感器.通过6幅光纤连接器端面的干涉图,经6步相移法得到其表面形貌.实验结果表明,Mirau干涉轮廓仪的横向分辨率为0.875 μm,垂直方向的测量范围为5.3 μm,重复测量精度为1.7 nm.

报道了新研制的一种便携式激光测云仪,该设备由光学、电子和机械三部分组成,采用单片机处理回波信号、识别云底高度,并给出了该激光测云仪的相关参数.将回波斜率突增点作为云底定义点,利用云回波在上升斜率、脉冲宽度和幅度上与大气回波及噪声脉冲间的差异,识别反演出云底高度.另外,同一位置连续测量数次,可以剔除干扰噪声.与计数式激光测云仪进行了实测比较,数据基本吻合.结果表明便携仪的云高识别算法基本合理、可行,便携仪中所采用的剔除大气回波伪信号算法能提高系统的测低云性能,智能识别算法能滤除干扰噪声.最后,需要对算法进行进一步的优化.

针对微小面积及'盲孔'底面形貌,提出了一种基于直接成像原理的多功能光电检测系统.主要阐述了其光学系统设计思路,即内窥式镜头与显微系统相结合,观测与微扫描相结合.物镜部分采用内窥式探头,可深入内径2.5mm的盲孔内部,数值孔径不受微孔尺寸限制,从而提高了系统分辨力,达到600lp/mm.利用平行平板光学测微器,寻找和瞄准微孔内观测表面的微小细节,可将±0.1mm范围内的被观测目标定位到视场中心.

一种干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪被用于改变光纤Bragg光栅的写入Bragg波长。在系统中，光纤光栅是由来自相位掩模的±1级衍射光经平面镜反射后在远场形成紫外干涉条纹写入的，其中，相位掩模被用作±1级衍射光的分束器。值得注意的是通过干涉条纹的运动来扫描写入光纤光栅，有效降低了Talbot干涉仪对写入光源相干性的要求。

为了实现悬臂方形薄板的共振模态分析，本文基于AF-ESPI测量原理和瑞利利兹法对悬臂方形薄板共振模态的理论进行了完整分析，给出前8阶的共振频率和相对应悬臂方薄板的电子散斑共振条纹分布情况。为了验证理论计算的精确性，搭建了振幅波动电子散斑干涉测量系统，并利用该系统对悬臂方形薄板进行模态分析，测量该板的共振频率和振动模态。理论计算的结果和实验测量值对比发现，振动的条纹和理论计算的结果一致，共振频率的测量值和理论计算值之间的相对差值在0．1％～9．1％之间。

传统的红外传感器标定方法的测量相对误差小于2%,无法完成高精度的气体浓度测量,制约了中国在不分光红外气体检测技术方面的发展。本文提出了一种结合流量控制和毛细管流速混合方法配气方法,配比出用于线性标定的多种气体浓度。利用火焰离子化探测器（FID）标定配气设备,确定标定基准,采用三次样条插值方法对不分光红外气体传感器进行高精度标定,该方法可以在量程不变的情况下,将相对误差降低到1%以内,实验证明：这种方法对各种非线性红外吸收方法都有着很好的效果。

为了满足测粒范围要求,光学衍射式激光粒度仪需要配备多种焦距透镜,其中长焦距透镜会使仪器结构庞大.提出一种正负结构的远距型功率谱采集透镜设计方案,其中前组固定,更换后组透镜实现焦距F 500、F 800和F 1 000的变化,系统筒长小于600 mm,并给出设计结果.该透镜系统适用于多种焦距值切换的光学系统和仪器的小型化.

研究并设计实现了微形貌测量白光扫描干涉仪系统和光纤偏振耦合点监测白光扫描干涉仪系统.前者采用Mirau相移干涉形式,用压电陶瓷传感器PZT作移项器,主要用于微形貌测量,精度可达nm量级.后者采用光路补偿白光Michelson干涉形式,用格兰棱镜对偏振态进行调整控制,用移动参考臂来补偿由于耦合点所造成的光程差,光纤寄生偏振耦合测试仪的空间分辨率达到50 mm,测量范围达到1 km,探测灵敏度不小于-80 dB(耦合模式与主模式的功率比).

基于相移干涉理论设计并实现了微平面三维形貌测试系统,针对三维形貌检测解包裹过程中出现的问题,改进了现有的残差点判断法,能够更加准确、快速地确定残差点的存在.对相位解包裹算法进行了系统研究,分析了干涉图中残差对相位解包裹的影响,提出了一种基于二阶导数的区域增长解包裹算法.在实际测量中,最终结果得到了明显的改善,证明了该方法的有效性,提高了系统精度.采用此算法,系统的纵向测量误差小于2 nm.

本文设计一种口腔内窥镜，以满足牙科医学应用。整个系统主要由成像系统、照明系统、图像显示及处理系统三个部分组成。系统具有显微放大的功能，并且亮度及色温可调。文中利用光学软件设计、优化了光学成像系统，给出了系统像差曲线，并构造了光学照明系统。论丈结尾使用口腔内窥镜对两种牙齿模型进行了测试实验，系统成像分辨力高于100lp／mm，图像清晰，可以观察到牙齿表面的细节。实验结果表明，系统能够满足牙科医学使用要求。