彩绘壁画在我国拥有悠久历史,它表面的颜料层构成优美多彩的图案,不仅有重要的艺术价值,而且因蕴含当时丰富的社会文化信息而具有重要的历史价值及研究意义。然而由于壁画受到自然侵害、保存环境不佳的影响,会产生起甲、空鼓、霉变、裂隙、颜料层脱落等病害,若不能及时对这些病害进行检测与防治,会导致壁画损毁,造成不可挽回的损失。而常见的检测方法中,目测法、敲击法、红外热成像技术、光谱成像技术、超声层析成像技术等病害检测方法存在其局限性,难于满足壁画颜料层结构和病害等信息检测的需求。光学相干层析成像(OCT)是一种完全无损、高分辨率、非接触的三维断层成像技术,其轴向分辨率一般为3μm-15μm,空气中的成像深度一般为2mm,因此OCT非常适用于厚度在数十至数百微米的壁画颜料层的病害检测。本文以壁画颜料层病害无损检测为背景,对壁画病害的OCT检测技术进行了相关的实验研究,所做的研究工作和取得的结果如下:(1)介绍了谱域光学相干层析成像(SD-OCT)的原理,阐述了SD-OCT对文物壁画进行检测的特点,对馆藏壁画文物进行了检测,通过对颜料层的OCT图分析,获得壁画颜料层与地仗层的位置和形貌特征,以及裂隙、霉变、起甲、空鼓、颜料层脱落、修复区域和隐藏底稿等信息。(2)对斐索干涉仪结构的SD-OCT系统进行了研究,理论分析了光波在多模渐变折射率光纤的传输特点,将多模渐变折射率光纤与半球形无芯光纤熔接制作OCT所需成像探头,对探头的光学特性进行测试和标定。使用搭建的斐索干涉型SD-OCT系统,对牛角工艺品、颜料层样品(包括模拟起甲、层脱落、疱疹等病害)进行成像,对成像结果分析表明,该结构OCT呈现了较好的成像结果,具有抗噪能力强的优点,但探测深度有限。(3)设计并制作了基于细芯光纤和光纤布拉格光栅(FBG)的模式转换振动传感器,对其模式传播特性进行分析和实验,结果表明,基于模式转换的应变和扭转传感可用于OCT系统的振动检测。