基于双光子跃迁的光学频率标准因其稳定度高、复现性好和易于小型化等显著优势，有望成为实际可用的小型化光频标。本文简要阐述了双光子跃迁的基本原理，介绍了国内外基于双光子跃迁的铷原子光频标的研究现状和进展，最后分析得出未来基于双光子跃迁的铷原子光学频率标准的发展趋势为系统小型化、性能指标提升以及集成应用与工程化。

激光通信是以光波为载体实现信息传输的通信技术，具有高速率、高带宽、小尺寸、抗干扰和保密性好等优势，具备实现空间信息网络高速传输和安全运行的关键能力。本世纪以来，国内外主要研究机构致力于研究激光通信技术在实现组网过程中所需要解决的一系列问题，包括一点对多点同时激光通信、节点内多路信号全光交换与转发、节点动态随遇接入、网络动态拓扑结构设计等关键技术，并开展了众多演示验证实验，部分研究成果已经投入应用。本文在对空间激光通信组网技术进行分析探讨的基础上，概述了国内外激光通信组网技术的发展现状，重点对卫星星座、卫星中继和航空网络等领域中激光通信组网技术的应用情况和发展现状进行了分析和总结，对国内相关研究技术方案、实验验证情况等进行了综述，最后对激光通信组网技术与应用的发展趋势进行了预测。

本文提出了一种基于微机电系统(MEMS)的光纤法布里-珀罗压力传感器，可用于冲击波等瞬态压力测量。该传感器敏感单元由深反应离子刻蚀(DRIE)后的单晶硅和BF33玻璃晶圆通过阳极键合制成，并通过激光熔接技术实现光纤与敏感单元的无胶化集成。通过搭建信号解调实验平台，对静态和动态压力环境下的传感器性能进行测试。实验结果表明，该传感器在0~10 MPa压力范围内具有良好的线性响应，满量程非线性误差为0.41%，迟滞为0.37%，传感器的上升时间为8.5 μs。该传感器具备抗电磁干扰、可批量化制备、一致性高、成本低等优点，理论谐振频率为1.39 MHz，展示了其在爆炸场等恶劣环境下进行动态压力测量的良好应用前景。

为简化某地基望远镜主镜的支撑方式，兼顾保障望远镜成像质量和精度，研究了460 mm口径单轴支撑碳化硅主镜的优化设计。首先，确定了相近线胀系数材料的单轴支撑方案和扇形的主镜背部结构，针对支撑结构和材料特性，利用先进的碳化硅烧结技术可制备异性结构的特性，结合优化设计理论，在满足主镜面型精度的前提下，对主镜进行了轻量化设计。优化后的主镜质量仅为4.82 kg，主镜水平状态下面型仿真分析RMS为λ/51.4。经实际工程验证，主镜支撑后水平状态下面型精度检测结果优于λ/42，轻量化效果显著并满足实际使用要求。本研究为工程项目提供了理论基础和技术储备。

为提高红外波段膜厚控制精度和实现波长精准定位，基于LabVIEW编程语言，开展了以光学膜厚监控系统为基础的变量耦合动态监控光学膜厚补偿技术研究。基于光的干涉以及光学薄膜设计理论，采用光电极值法构建数学模型，重点解决极值点判停误差和滤波除噪等问题，高度还原实时采集的光量值的监控数据，实时同步拟合膜厚监控的透射曲线，计算并拟合膜厚极值点以及任意目标厚度对应的停镀点，实现膜厚有效准确的判停。为了验证光控系统的可靠性和稳定性，通过制备1064 nm窄带滤光膜对系统进行验证。结果表明，制备的1064 nm窄带滤光膜单面峰值透过率为91.5%，通带半宽度为5 nm，经计算，监控系统误差小于0.01%。

本文利用基于光束传播方法的有限元仿真模型研究了氮化镓(GaN)平面光波导的传输损耗特性，并针对传统GaN波导损耗较大的问题提出了工艺优化方案。通过构建完整的传输损耗模型，系统分析了波导几何参数对传输特性的影响，重点研究了顶部刻蚀和背后减薄两种优化工艺的改善效果。研究结果表明，这两种工艺均可显著降低波导传输损耗。其中顶部刻蚀工艺和背后减薄工艺可将损耗从2.29 dB/mm分别降至0.19 dB/mm和0.24 dB/mm。此外，本文还量化分析了制造工艺引入的侧壁夹角和表面粗糙度等缺陷对传输损耗的影响，并通过参数优化确定了实现可见光单模传输的关键结构尺寸。本文研究成果为设计和制备低损耗GaN平面光波导提供了理论依据和工艺指导。

本文提出了一种创新的假设度量方法，将通过三角形投票方法获得的点对置信分数与基于点对的度量相结合。该方法核心观点是：一个好的假设应能将高置信分数的对应点精确对齐，从而产生更高的得分贡献。此外，本文还对现有基于内点的度量有效性方法加以改进，提出2种改进方法：忽略具有较小变换误差的内点距离，以及抑制由大量低置信度对应点引起的错误高分贡献。在3个数据集上的对比实验表明，所提出的度量方法能够提升所有已知的基于点对的度量准确性，并在默认参数设置下有1%~16.95%不同程度的配准性能提升和1.67%~10.79%的时间节约，在时间消耗、鲁棒性和配准性能之间实现了更好的平衡。特别地，改进的内点计数度量具有更加鲁棒和精确的配准性能。因此，本文所提出的度量能够在RANSAC的假设评估阶段识别出更正确的假设，从而实现精确的点云配准。

由于GaN基紫外VCSEL中的空穴注入层p型掺杂效率较低，导致多量子阱中不能实现有效空穴注入，这极大地降低了紫外VCSEL的光电性能。本文设计了一种基于AlGaN的UV VCSEL中使用渐变HIL和EBL结构。该结构能够提高空穴注入效率，使空穴注入层中的空穴浓度增加，也能够使电子阻挡层和空穴注入层界面处的空穴势垒高度降低，从而利于空穴注入。使用商用软件PICS3D构建了该结构，并对能带结构以及载流子浓度等进行了模拟和理论分析。通过空穴注入层Al组分渐变引入极化掺杂增加空穴浓度从而提高空穴注入效率。在此基础上电子阻挡层渐变消除了空穴注入层和电子阻挡层界面的空穴突变势垒，使价带更平滑。这提高了多量子阱中的受激辐射复合速率，增强了激光功率。因此，渐变的p型层设计可以提升紫外VCSEL的光电性能。

本文采用MAX相（MAX-PM）材料Nb₄AlC₃作为可饱和吸收体（SA），研制了传统孤子（CS）锁模掺铒光纤（EDF）激光器。首先，利用液相剥离（LPE）法制备了Nb₄AlC₃纳米片，然后采用拉锥光纤制作了Nb₄AlC₃-SA。该Nb₄AlC₃可饱和吸收体的饱和强度和调制深度分别为2.02 MW/cm²和1.88%。基于所制备的Nb₄AlC₃可饱和吸收体，研制了传统孤子锁模掺铒光纤激光器。该激光器的中心波长、脉冲持续时间和脉冲重复率分别为1565.65 nm、615.37 fs和24.63 MHz。该锁模激光器性能优越，特别是在脉冲持续时间方面表现优异。本研究充分证实Nb₄AlC₃具有优异的非线性可饱和吸收特性，同时也为空气稳定型超快光子器件的深入研究拓宽了途径。

高功率激光在内通道传播过程中，光束会在导光路径中对传播介质加热，从而产生热晕现象，这会影响高能激光设备出光口处光束质量。此外，由于内通道中光路排布复杂，因此对导光路径上热晕影响的评估往往需要复杂的工作和较长的时间。为适应工程中对导光路径热晕效应快速评估的需要，本文提出一种基于有限元法的内光路热晕效应快速模拟方法。该方法对流体区域进行微元划分，利用有限元分析方法进行流场分析。对复杂内通道的流场区域建立简化分析模型，在简化模型中划分等晕区域。根据各等晕区域内光程差计算结果，完成热晕效应导致的相位畸变的数值模拟计算。将计算结果与现有方法计算结果对比，结果显示：对于复杂光路，该方法计算结果与现有方法计算结果偏差小于3.6%，相位畸变形式相近；对于L型单元，该方法计算结果与现有方法计算结果得到的主要像差影响因素和变化规律相同。利用该方法完成了对直管道不同重力作用方向下的热晕影响分析，结果显示：相位畸变随重力方向变化而变化，相位变化的大小与重力在垂直于光轴方向的分量大小有很强的相关性。该方法相较于现有方法灵活性高、无需进行复杂自编分析程序调试。该方法的分析结果在工程设计阶段能够快速评估内通道导光路径中的热晕效应，为确定热晕抑制方法提供重要参考。

针对空间引力波探测中星内检验质量的高灵敏测量需求，构建了激光外差干涉测量地面模拟系统，开展皮米级平动测量技术研究。首先，开展真空环境下激光外差干涉测量系统的平动灵敏度测试。接着，根据灵敏度结果开展激光外差干涉测量系统噪声溯源研究，分析多种噪声源作用机理、探索主导噪声源消减方案。最后，在噪声溯源分析的基础上完成激光外差干涉测量系统优化。测试结果表明平动测量灵敏度优于1 pm/Hz^1/2@30 mHz−1 Hz。该研究有望为空间引力波探测中皮米级激光干涉测量技术的进一步发展提供可靠的噪声溯源地面测试平台。

太极计划拟通过扩频通信技术，在干涉链路的基础上，实现星间的激光通信和绝对距离测量。伪随机码的选取是实现通信测距系统的第一步，需对不同的伪随机码的实现原理、相关性、测距误差函数等进行对比分析。本文首先介绍了m序列、Gold序列与Weil序列的生成原理，并采用不同的硬件结构和方法生成相应的伪随机序列，采用GPS的C/A码作为Gold序列与Weil序列进行比较分析选取。在FPGA开发平台实现用于生成Gold序列和Weil序列的硬件电路，并分析不同硬件实现方法的优劣与资源消耗情况。然后，分别计算Gold序列与Weil序列的相关值及其均方根误差，比较Gold序列与Weil序列的伪随机噪声性能。最后，基于测距原理和激光干涉后的码间串扰现象，构建用于测距的误差函数，与理想的误差函数作对比，分析用不同伪随机码测距的优势和劣势。数据表明：Weil序列相关值的旁瓣值范围为−60.27 dB至−24.01 dB、自相关rms为0.303、互相关rms为0.307，指标均优于Gold序列，消耗的硬件资源为Gold序列的30%，误差函数的偏差值更小。Weil序列更适合于太极计划的星间通信测距需求。

传统Pound-Drever-Hall（PDH）技术使用模拟器件来对激光器进行主动稳频，系统自身体积庞大，控制过程复杂，难以满足空间引力波探测等新型应用场景对稳频系统小型化和自动化的要求。本文针对鉴频信号寻峰特别设计了一种基于后向差分的自动寻峰算法，该方法可以有效减少稳频过程中人为因素的影响。该方法通过比较连续信号峰的时间宽度来完成信号主峰寻找以及控制状态切换，避免了常规阈值法的固有缺陷。在此基础上，设计搭建了一套基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字稳频系统。该系统将稳频伺服反馈控制中的各分立部件全部进行数字化并集成到单块FPGA内，构建了以压电陶瓷为执行器的快速伺服反馈环路。稳频系统首先利用幅度解调方法在本地得出鉴频信号，再通过所设计的后向差分算法实现自动寻峰，最终在锁频点处开启伺服控制器，并利用增量式数字PID算法成功将商用Nd:YAG激光器频率锁定到精细度为350000的10 cm法布里-珀罗腔谐振峰频率上。功能测试实验中系统的锁频时长为半小时，波长计测量数据显示相对频率漂移小于2MHz。上述结果验证了所设计的自动寻峰算法的有效性，也表明FPGA是一种实现全数字化激光稳频控制的有效途径。

为满足空间引力波探测皮米级测距精度的需求，本文提出了一种星间光学测距噪声链路指标优化方法。该方法通过对设计参数进行优化，在确保星间测距精度的同时提高航天器设计方案的技术可行性。首先，明确优化问题的设计参数及目标函数，结合Sobol敏感性分析有效识别出关键参数。随后，采用非支配排序遗传算法(NSGAII)对优化问题进行求解，从帕累托解集中筛选出符合需求的最优方案。在此基础上，确定各参数的设计指标并初步构建指标树。通过仿真实验验证了方法的可行性。结果表明：采用本文方法优化噪声链路指标，能够在满足$ 8\;\mathrm{p}\mathrm{m}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $光学测距噪声要求的同时，获得技术可行性最高的设计方案。本研究为后续航天器设计阶段指标体系的构建提供了有效的参考思路与框架，具有良好的适用性，为未来的引力波探测任务奠定了基础。

太极空间引力波探测任务采用激光干涉方法测量由引力波引起的皮米尺度距离变化。卫星和可移动光学组件（MOSA）的姿态抖动引起的星间姿态-光程耦合噪声（TTL），将显著降低对引力波信号的灵敏度。为此，需要在数据处理阶段拟合和扣除TTL噪声。本文针对卫星和MOSA的姿态抖动，提出了一种星间TTL噪声抑制算法。首先，对TTL噪声进行一阶线性近似建模，并引入时间延迟干涉（TDI）组合中，得到它在TDI输出中的表现形式；接着，通过比较TDI数据与TDI组合后的TTL噪声模型，建立似然函数；然后，通过极大似然法初步估计TTL耦合系数，从TDI数据中扣除初步拟合的TTL噪声，可估计出残余底噪的统计性质并重新代入似然函数，再次执行TTL耦合系数的极大似然估计；将上述步骤迭代10次，可获得精确的底噪模型；最后，通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法得到TTL系数的后验分布，完成TTL噪声的精确拟合，从而实现噪声的有效抑制。结果表明，80%以上的系数估计值都在3个标准差内，80%以上的系数估计与真值相差小于0.1 mm/rad。对于不同水平的TTL系数，抑制后的残余TTL噪声都比次级噪声低一个量级，具有一定鲁棒性，尤其适用于底噪模型未知的实际探测场景，满足空间引力波探测需求。

为了精确评估空间引力波探测任务中检验质量所受到的磁场波动、磁场梯度波动噪声，本文提出了多阶段偏差修正模型MSBCM对检验质量处磁场进行精确重建。在集成学习方法的基础上，本文构建了标准全连接神经网络模块和残差全连接神经网络模块作为多阶段偏差修正模型的弱预测模型。每个弱预测模型都将对前序模型的预测偏差进行修正，最终构成强预测模型，实现对检验质量处磁场的精确重建。在对LISA Pathfinder、eLISA和太极二号空间引力波探测航天器的检验质量处的磁场重建实验中，与其他方法相比MSBCM方法在敏感轴方向的平均相对误差最小。模拟在轨实验中，MSBCM方法重建检验质量1敏感轴方向的磁场波动和磁场梯度波动加速度噪声的均方根误差分别为1.68×10⁻¹⁷ (m/s²/Hz^1/2)和4.00×10⁻¹⁷ (m/s²/Hz^1/2)。此外，MSBCM在重建检验质量2敏感轴方向的磁场波动和磁场梯度加速度噪声的均方根误差仅次于距离加权法，分别为1.72×10⁻¹⁶ (m/s²/Hz^1/2) 和2.93×10⁻¹⁶ (m/s²/Hz^1/2)，充分验证了本文提出方法在评估在轨空间引力波探测检验质量处磁场的优势。

高精度惯性传感器在航天、导航和精密测量等领域具有广泛的应用前景，对其噪声进行高精度评估具有重要意义。本文提出了一种基于Ray Tracing技术的残气噪声仿真方法。首先，基于真实的惯性传感器模型，模拟在轨条件下残余气体在惯性传感器电极笼中的运动，获得残气加速度噪声的统计特性；其次，探究了不同压强和温度对残余气体噪声的影响；最后，分析了敏感轴的残余气体噪声对非敏感轴的间隙大小的依赖关系。仿真结果表明：利用Ray Tracing技术能够模拟追踪残余气体与敏感结构相互作用过程，实现残气加速度噪声在$ {10}^{-15} $量级的高精度仿真。温度和压强对残气加速度噪声水平具有显著影响，且电极笼与测试质量的间隙减小将导致惯性传感器残气噪声功率谱增大。

深度频率调制（DFM）干涉技术是实现空间引力波探测激光干涉测量系统简化的有效方案。当前DFM干涉技术普遍使用kHz级调制，导致激光功率噪声会耦合进入系统，从而增加本底噪声，难以满足高精度空间测量的要求。本文提出将DFM的调制频率提升至MHz量级以减少激光功率噪声的影响。通过深入分析DFM技术原理，采用贝塞尔函数展开、正交解调和推广J1···J4方法设计了DFM干涉相位信号提取方法。基于MHz级信号处理需求，完成了相位测量系统的软硬件构建，并对系统在多种工况下的性能进行测试与评估。测试结果表明：相位测量系统具有良好的线性度和准确度，且在不同工况下，2 mHz ~ 1 Hz频段内的相位噪声均优于 2π µrad/$\sqrt{{\mathrm{Hz}}} $，能够满足空间引力波探测的相位测量需求。

检验质量刚度与位移耦合噪声作为残余加速度噪声的重要组成部分，极大影响空间引力波探测性能，需要辨识刚度以验证、优化控制效果，满足噪声抑制需求。针对非同轴检验质量布局，本文提出了一种基于双敏感轴分解的刚度辨识方法。首先，构建检验质量与航天器间的相对动力学模型，并将模型参数沿双敏感轴分解从而剥离航天器加速度扰动和主要的角加速度扰动对在轨辨识的影响。其次，结合星内激光干涉仪、惯性传感器和相关控制环路，设计在轨辨识方案并提出采用递归最小二乘辨识刚度的方法。最后，开展数值仿真实验以验证方法性能。实验结果表明：本文提出的刚度辨识方法可有效辨识检验质量敏感轴刚度，在给定仿真条件下平均绝对误差小于5×10⁻⁹ s⁻²，均方根误差小于1.5×10⁻⁸ s⁻²，最大稳态误差小于2×10⁻⁹ s⁻²，可应用于后续引力波科学探测任务中。

作为低低跟踪重力卫星GRACE任务的后续任务，激光干涉重力卫星任务GRACE Follow On双星之一的加速度计载荷在运行一个月后出现了异常，造成了关键科学测量数据的缺失，同时在GRACE服役期最后阶段也出现了类似情况。由此，加速度计数据恢复技术对GRACE尤其是GRACE Follow On任务探测目标的实现极为重要。本文提出了一种基于机器学习的回声状态网络模型来实现加速度计数据恢复与重建的全新方法。基于回声状态网络模型，构建双星之间加速度计数据的映射关系，并通过贝叶斯优化提高网络性能，可实现对缺失加速度计数据的高精度高效率重建。通过实测数据的实验比对，在重力场探测信号频段，模型预测结果在沿轨道方向和径向两个高灵敏轴可达到（甚至部分频段优于）$ {10}^{-8} $ m∙s⁻²/$ \sqrt{{\mathrm{Hz}}} $量级水平，在轨道法向低灵敏轴到达$ {10}^{-8} $ m∙s⁻²/$ \sqrt{{\mathrm{Hz}}}\sim{10}^{-7} $ m∙s⁻²/$ \sqrt{{\mathrm{Hz}}} $水平。这一重建精度达到甚至部分优于GRACE官方数据移植精度，可初步应用于重力场反演，实现低低跟踪任务加速度计高精度数据产品恢复。

空间引力波探测需要利用激光捕获技术构建星间激光链路，光斑中心定位是激光捕获阶段的核心测量技术。以太极计划为例，光斑中心定位精度要求优于0.1 pixel，由于传输距离较长，探测器表面的接收激光强度仅为100 pW量级，在低信噪比情况下大多数传统定位方法的精度受到很大影响。因此，研究探测器噪声如何影响光斑中心定位精度至关重要。针对上述问题，本文首先说明了激光捕获指向技术原理，然后理论分析了CMOS背景噪声影响光斑中心定位精度的机制，并介绍了一种改进的光斑中心定位算法。最后通过实验，测量了不同系统参数与CMOS背景噪声的耦合关系。实验结果与理论分析结果相符，验证了噪声模型的正确性，证明这种算法能在弱光情况下达到0.018 pixel的测量精度。

基于激光干涉的空间引力波探测对毫赫兹频段内的时钟噪声抑制水平提出了极高要求，通常通过边带倍频时钟噪声传递和导频音等技术来抑制时钟噪声。针对时钟噪声抑制技术需要的超低附加相噪的电光调制器（EOM）调制微波(2.4 GHz)和导频音射频信号(75 MHz)，本文设计、搭建并比较了两种微波合成链路。通过低相噪锁相介质振荡器（PDRO）、分频等技术，实现了超低附加相噪频综。经测量，75 MHz导频信号在0.1 mHz、1 mHz、10 mHz、100 mHz、1 Hz处相对应的残余相噪分别为$ 1.06\times {10}^{-3}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $，$ 8.18\times {10}^{-5}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $，$ 7.63\times {10}^{-6}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $, $ 1.30\times {10}^{-6}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $，$ 1.53\times {10}^{-7}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $。该导频信号是经2.4 GHz微波分频产生的，后者的残余相噪更低，因而在20 mHz~1 Hz 频段内，两者的残余相噪都满足“太极计划”需要。后期经过降低功分、频分等器件的附加相位噪声、减小关键器件的温度敏感度及增加温度控制、导频校正等技术，还可进一步降低该频综的本底噪声，有望在0.1 mHz-1 Hz的整个频段内都满足“太极计划”需求。本文对于频综的研究结果为我国空间引力波探测需要的时频系统研制奠定了坚实基础。

针对传统扫频法因激光线宽引入的测量误差，基于激光光谱（高斯型）与法布里-珀罗（F-P）谐振腔（洛伦兹型）的卷积特性，提出了基于卷积拟合的信号分析方法，搭建了扫频实验平台，对自制F-P腔（1号腔）和进口F-P腔（2号腔）进行验证。首先，结合仿真分析量化了激光线宽对信号轮廓的影响，并介绍了拟合算法的主要流程。其次，通过拍频对入射激光光谱进行测量。实验结果表明其光谱呈高斯形，线宽为 (11.59±1.23) kHz。接下来，评估了扫频平台的频率调制误差，使用扫频法对两台F-P腔进行了线宽测量，并对比了洛伦兹拟合与卷积拟合结果，其中，1号腔的洛伦兹与卷积拟合结果分别为 (204.1±11.2) kHz和 (203.9±11.2) kHz，差异不显著。2号腔的标定线宽为4.17 kHz,洛伦兹拟合的结果为 (8.97±0.42) kHz，卷积拟合的结果为(4.42±0.50) kHz。实验结果表明，当激光线宽与腔的线宽相近时，本方法能够准确地测量出腔的真实线宽，当激光线宽（11.59 kHz）远小于腔的线宽（204.1 kHz）时，本方法的结果与洛伦兹拟合方法相近。本工作为窄线宽F-P腔线宽测量提供了更多选择。

为了解决光束与法布里珀罗腔的入腔失调问题，本文基于谐振模式能量梯度上升自适应调整双反射镜步进，实现所需谐振模式的入腔光束指向。首先，利用双反射镜步进与入腔光束失调的关系，提出分离式入腔光束平移与角度调整方法。其次，利用EfficientNET神经网络对谐振模式图片进行分类，实现不同激光模式的图像识别。最后，利用腔后模式能量梯度调整双反射镜步进，低成本、高效率实现目标谐振模式的入腔耦合。本文的入腔光束指向调整方法为超稳激光器以及引力波探测中法布里珀罗腔的入腔耦合提供了新思路。

为了实现精密制造中关键部件残余应力的高精度检测，建立了电光调制椭偏应力传感系统，并对工程中常见的304不锈钢材料在单轴拉伸应力条件下的椭偏信号响应进行了研究。首先，基于反射椭偏的基本原理，建立了不同光轴方向上椭偏信号与单轴拉伸金属试样寻常折射率和异常折射率的关系。其次，针对不锈钢材料，优化了椭偏应力传感的工作点。通过对比消光点和非零线性工作点的椭偏信号，证明了非零线性条件适用于应力信号的传感。最后，对不同光轴方向下，由应力引起的椭偏信号进行测量。实验结果表明：针对304不锈钢，系统的最低应力检测限为7.84 kPa，系统的应力检测精度优于7.84 kPa。该系统可用于精密制造中，满足金属工件高精度应力检测的要求。

量子噪声是影响激光干涉引力波探测能力的主要噪声之一。为应对量子噪声，进一步提高探测灵敏度，本文应用量子传递函数方法对传统迈克尔逊干涉仪的量子噪声源头进行了重新推导。结果表明，对于辐射压噪声和散粒噪声这两类量子噪声，前者可直接归因于干涉仪暗口处真空涨落的正交振幅涨落，后者则仅在一定条件下可完全归因于暗口处的正交相位涨落。在明确量子噪声的源头归属前提下，压缩光技术可提高探测器的灵敏度，但当采取不等臂干涉探测方案时，必须注意两不等臂臂长之间的长度差异。

在基于外差干涉原理的空间引力波探测任务中，抖动光程耦合噪声是一个重要的光学噪声源，对测量系统的精度具有显著影响。本文提出了一种多因素共同作用下抖动光程耦合噪声分析的方法。首先，设计了一个等效的测试质量干涉仪仿真光学平台，并采用高斯光束追踪模拟光束传播。通过模拟干涉信号，可以分析各种因素对抖动光程耦合噪声的影响，包括位置因素、光束参数因素、探测器参数因素和信号定义因素。在此基础上，在满足分析要求的参数范围内，构建了由多个影响因素组成的随机参数空间，并通过基于方差的全局敏感性分析对随机采样得到的模拟结果进行评估。主要效应指数和总效应指数的计算结果表明，测试质量的旋转角度和活塞效应（径向）对测试质量干涉仪中的抖动光程耦合噪声有显著影响。这一结论为空间激光干涉测量系统的设计和优化提供了定性参考。

为了实现超低频段空间引力波的探测，望远镜和光学平台的集成结构需要具有极高的稳定性和可靠性。然而，望远镜悬臂梁式的设计对集成结构的研制提出了重大挑战，特别是对于依赖于玻璃-金属异质键合的粘接结构。为了应对这些挑战实现望远镜系统的高可靠性研制，本研究对集成结构粘合层进行了设计、分析和实验研究。研究表明，J-133粘合剂在粘接层厚度为0.30 mm、金属基板的表面粗糙度为Ra 0.8时具有最佳性能。这些发现显著提高了光学系统的可靠性，同时最大限度地降低了潜在风险。