提出并实现了应用于光学相干层析系统（OCT）的快速扫描探头结构。该探头利用带有自聚焦透镜的光纤悬臂的共振特性，通过对压电双晶片施加共振频率下的方波电压，实现光纤悬臂的一维线性扫描。利用二维位置敏感探测器，同步记录扫描轨迹。通过软件对光纤延迟线的非线性进行校正。并将扫描探头应用于OCT系统中的玻片实验，获得清晰玻片的二维图像。该探头具有结构简单、易于控制、成本较低、精度较高、速度较快等优点。

系统用自聚焦透镜代替共焦扫描显微镜中的聚焦透镜,将自聚焦透镜体积小的特点与共焦显微技术的轴向高分辨力和绝对位置跟踪特性有机结合,具有测头微小型化,高的轴向分辨力、较大倾斜表面的瞄准能力、对突跳位置的绝对跟踪能力等特点.选用PZT作为轴向扫描驱动元件(线性范围±5 μm,每个脉冲2 nm进给),用高精度电容位移传感器作为位置跟踪元件(线性范围±5 μm,分辨力1 nm).对20°角度块进行测试实验表明,在测头直径为1 mm的情况下,系统对20°倾斜度以内的斜面轮廓的探测轴向分辨力可达10 nm.

提出了一种基于Fabry-Perot板干涉的角位移测量新方法.此方法采用函数近似,只需将初始入射角确定在40(到50(之间,即可由角位移与干涉信号条纹数变化间的函数关系,高精度测量角位移.解决了采用F-P板干涉法测量角位移需精确确定入射光初始角的问题.使用计算机处理采集的干涉信号,对干涉条纹进行细分,实现干涉信号相位测量的高分辨力.理论模拟和实验结果得出本方法可以实现精度为10-5rad数量级的角位移测量.该方法的测量装置采用带尾纤的半导体激光作为光源,由自聚焦透镜准直,出射光束直径为0.5mm,使探测头为小光斑.该装置结构简单,能实现小型化.

利用平板自聚焦透镜材料进行离子交换，制成一维自聚焦透镜．分析了平板自聚焦透镜的离子交换原理和折射率分布形成过程，测量了不同厚度时。折射率分布常量√A的值．介绍了透镜的应用，并用一维自聚焦透镜制成小型半导体激光器耦合器件．

针对离子交换实验的定源扩散，提出了一种求解正六边形自聚焦透镜折射率分布的理论模型．并在此基础上采用分离变量法和坐标变换，求得了正六边形自聚焦透镜折射率分布的解析解．通过Matlab对该解析解进行了模拟比较，定性、定量地证明了其正确性．

本文分析了用一次离子交换工艺制备的自聚焦透镜的径向折射率分布规律，讨论了所能获得的最佳分布工艺条件。在此基础上提出了两步离子交换的新方法。计算表明用两步离子交换工艺制备的自聚焦透镜的折射率分布可以更接近理想分布。

研究了一种新颖的光纤加速度计,阐述了三光纤GRIN透镜加速度敏感元件的工作原理及其结构设计.该传感器包括三根光纤、一个GRIN透镜和一个质量块.根据光功率耦合原理,对透镜倾斜时的误差进行了定量分析.该加速度计具有结构新颖、体积小和灵敏度高等优点,是一种具有多用途的加速度传感器.

为使测量加速度计的传感器小型化,且不受电磁干扰,根据GRIN透镜在1/4波节处具有入射光线与出射光线成中心对称的特性[1],首次提出并研制了采用GRIN透镜制成的微型光纤加速度计.闭环负反馈电路设计技术被应用于该加速度计中,使之成为一个具有调宽脉冲再平衡性能的新颖加速度测量系统.对该系统进行的数字仿真和精度定量分析表明:该光纤加速度计具有测量线性范围宽、精度高的特点,可广泛应用于惯性测控系统中.

在激光外调制时,使用的是3＊3＊20mm的调制晶体。为了使由光纤发出的激光通过调制晶体,本文根据高斯光束的基本性质以及自聚焦透镜的传输特性,利用计算机模拟的方法,设计了能满足调制要求的自聚焦透镜。

利用高斯光束的ABCD传输矩阵理论分析了LD与自聚焦透镜之间的距离与出射光束远场光斑尺寸之间的关系。通过理论计算可以方便地得到最佳距离,获得较高亮度输出,并进行了实验验证。对平面自聚焦透镜、球面自聚焦透镜和圆柱透镜的准直效果进行了实验比较,最后将自聚焦透镜与LD固定,制做了实用的器件,该器件可以将LD椭圆形光斑转变成线形光斑,快轴、慢轴远场发散角分别为0.1°和2.5°,耦合效率86%。