为了研究免校准波长调制光谱技术对激光光强变化及外界干扰的免疫能力, 采用基于免校准波长调制技术的多光程吸收光谱, 以乙炔为测量目标, 进行了理论分析和实验验证。结果表明, 不同激光功率下得到的波长调制二次谐波信号幅值发生明显变化, 但通过免校准的方法得到的信号变化较小, 且受气流影响、部分遮光、系统振动等外界干扰影响较小; 采用免校准方法实验得到的体积分数在5×10-6 ～9×10-5范围内的光谱信号拥有较好的线性度, 相关系数达0.9997; 采用Allan方差分析得到该实验系统的最小探测极限可达1.2×10-8。免校准波长调制光谱技术能较好地避免光强抖动、气流干扰、系统振动等干扰, 从而提高系统稳定性和探测灵敏度。

为了研究CN自由基B2Σ+~X2Σ+光谱及温度随着条件的变化规律, 采用激光诱导击穿光谱的方法, 击穿空气环境下的高纯石墨产生CN自由基, 并用高分辨率光谱仪测量其B2Σ+~X2Σ+的发射光谱, 改变激光能量和激光焦点位置研究不同条件下的CN自由基光谱。结果表明, 激光能量从30mJ调谐到50mJ, 增加步长为5mJ, 光谱强度随着激光能量的增大变强; 单脉冲能量为50mJ时光谱强度达到最大值; 此外, 测量光谱在样品上表面到焦点距离为8mm时, 信噪比达到最大值; 利用LIFBASE软件对光谱数据进行拟合, 得出CN自由基的振动温度的量级约为104K, 转动温度约为4000K; CN自由基的振动温度随着距离的增加整体呈现下降的趋势, 而转动温度呈现上升的趋势。这些结果对研究宇宙星体和探索高温化学反应有重要作用。

为了准确测量高温下逃逸氨的体积分数, 采用可调谐半导体激光吸收光谱技术、波长调制光谱技术(WMS)和长光程技术, 开发了一套高温小型化的逃逸氨气测量仪; 为了减小逃逸氨气的吸附效应和提高探测灵敏度, 研制了新型高温长光程样品吸收池。在前期研制的激光驱动模块基础上, 采用74HC4046锁相环芯片作为可调正弦调制信号源, 以EPM7064为移相和倍频逻辑控制芯片, 同时采用两片AD630作为一次解调(WMS-1f)和二次解调(WMS-2f)同步解调乘法器, 实现了吸收信号的1f和2f同步解调。此外, 以STM32F429为主控制器, 将解调滤波后的信号输入到AD7606进行模数转换, 并进行数字滤波和体积分数的反演。结果表明, 氨气体积分数与WMS-1f幅值、WMS-2f幅值以及同步解调WMS-2f/WMS-1f归一化幅度值的线性拟合系数分别为0.998, 0.997以及0.998;Allen方差表明在优化时间228s时, 其测量的体积分数最低为0.496×10-6, 在体积分数为20×10-6~100×10-6范围内测量误差小于±2%。该测量仪可以为燃煤电厂氨逃逸的高温测量提供高精度的原始数据。

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术,研制了一套近红外波段的乙炔(C₂H₂)气体检测系统,该装置采用波长调制-多光程吸收光谱技术,提高了系统的检测灵敏度;为了优化系统测量条件,在压强范围为5.3~12.0 kPa和调制幅度为0.010~0.035 V条件下,测量了体积分数为5×10 ^-5的C₂H₂标准气体的光谱信号,并测量了不同浓度的C₂H₂在总压强为10.7 kPa时的二次谐波信号;为了进一步验证系统的稳定性,采集60 s的光谱信号,通过Allan方差分析获得了系统的最佳探测时间和探测极限。结果表明:压强为10.7 kPa且调制幅度为0.030 V时的二次谐波信号强度最大;C₂H₂气体浓度与二次谐波幅值呈良好的线性关系,并且C₂H₂体积分数为1×10 ^-6~5×10 ^-5时的测量误差较小,小于±2%;该实验系统的最佳探测时间为7.2 s,探测极限为2.8×10 ^-11;该仪器采用基于嵌入式系统设计的激光器驱动和数字锁相放大器,具有结构简单、体积小、便于集成等特点,适用于工业现场和气体运输等方面。

温度场起伏导致空气折射率的起伏，风速的变化影响湍流的动态特性，从而形成光学湍流效应，对大气激光传输产生影响。研制了一种用于研究激光大气传输效应的Herriott长光程大气湍流发生装置，此装置能模拟出温度差范围为10~200 ℃，风速范围为0~5.8 m/s以及光程为1~100 m 的随机大气湍流。分析并测量了在不同温度、风速参数下该装置对激光传输的光束质量影响。实验结果表明，该大气湍流发生装置的性能指标与实际大气湍流性能较为接近，且具有温度范围宽、光程可调、重复性好、准确度高等优点，能够满足大气传输湍流效应的实验要求。

We present a Herriott-type multipass laser absorption spectrometer enhanced by optical heterodyne detection. The proposal is demonstrated by measuring the spectra of water vapor molecule in the region from 12247.6873 to 12249.6954 cm-1. Compared with direct absorption spectroscopy, the signal-to-noise ratio is improved nearly one magnitude of factor by combining with the optical heterodyne spectroscopy and extra weak absorption lines are observed. The minimum detectable absorption is estimated at 4.36×10-8 cm-1and the measured line shape dominated by Doppler broadening can be precisely recovered by direct transformation of experimental optical heterodyne spectral profile.

基于非Kolmogorov谱模型，利用广义惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数的二阶矩定义，推导出部分相干厄米高斯(H-G)光束在非Kolmogonov大气湍流中传输因子的解析表达式，并用以研究了非Kolmogorov大气湍流对部分相干H-G光束传输因子的影响。结果表明，部分相干H-G光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时，传输距离、湍流外尺度、广义结构常量和空间相关长度越小，湍流内尺度和光束阶数越大，光束传输受非Kolmogorov大气湍流影响越小，光束质量越好。当广义指数取3.11时，部分相干H-G光束在传输过程中表现的光束质量最差。

基于非Kolmogorov谱模型，利用广义惠更斯-菲涅耳原理，推导出了高斯谢尔模型（GSM）光束在非Kolmogonov大气湍流中光谱的解析表达式，并用其研究了非Kolmogorov大气湍流对GSM光束光谱变化的影响。结果表明，GSM光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时有光谱移动（蓝移和红移）和光谱跃变发生。光谱跃变的发生与离轴距离r、广义指数参量[α]、广义结构常量[C2n]、湍流内尺度l0、湍流外尺度L0和传输距离z有关。随着广义指数参量[α]的增大、湍流内尺度l0的增大及广义结构常量[C2n]的减小，光谱跃变量[Δ]减小，光谱跃变临界位置zc增大。该研究工作可为自由空间光通信等实际应用提供理论模型和计算依据。

基于广义惠更斯菲涅耳原理，推导出部分相干厄米高斯（HG）光束通过斜程大气湍流传输的均方根束宽和角扩展的解析表达式，并用以研究了传输路径和光束阶数对部分相干HG光束传输的影响。引入相对束宽和相对角扩展来定量描述光束抗拒大气湍流的能力。结果表明：在相同条件下，部分相干HG光束斜程传输受大气湍流的影响要小于水平传输，与水平传输相比斜程传输更有利于部分相干光束在大气湍流中的传输，光束阶数越大部分相干HG光束受大气湍流的影响越小。

用4415.6(?)CW激光线获得了~(39)K_2分子C~1II_u(v′=0,J′=105)-X~1∑_g~+(v″=1～10,J″=105)Q支激光诱导荧光(LIF)光谱.用最小二乘法拟合出了~(39)K_2分子X~1∑_g~+态振动常数和C~1II_u态电子谱项值T_e.光谱分析表明C~1II_u态T_e=22968cm~(-1)是合适的.用~(39)K_2分子Morse势计算了(V′=0,J′=105)-(v″=1～10,J″=105)跃迁的Franck-Condon因子和跃迁强度,强度计算值和激光诱导荧光光谱测量值之间有令人满意的符合,进一步的r重心近似分析给出了~(39)K_2分子C~1II_u→X~1∑_g~+电偶极跃迁矩R_(?)随核间距r的归一化变化率为-0.157～-0.168 debye/(?)(4.22(?)