呼吸气体分析技术在疾病诊断和代谢监测方面无创性、实时性的优势使其成为一个颇具前途的研究领域，也是未来新型诊断仪器的发展方向。目前大多呼吸生物标志物的检测和定量分析均采用气相色谱-质谱联用技术。近几年来，激光光谱技术和激光光源的发展加速推进了呼吸气体分析研究的进展。与质谱技术相比，激光光谱技术不但具有高灵敏度、高选择性的优点，而且具有低成本、实时性及即时检测（POCT）的功能特点。目前，在已确定的35种呼吸生物标记物中，研究人员采用可调谐半导体激光吸收光谱、光腔衰荡光谱以及光声光谱技术进行了多种呼吸生物标记物人体呼吸气体实验，其相应生物标记物的光谱“指纹”涵盖了从紫外到中红外的光谱范围。

为实现高信噪比(SNR)的深层生物组织成像，结合了激光扫描共聚焦成像技术和近红外(NIR)荧光成像技术，根据近红外荧光成像要求设计了一套激光扫描共聚焦近红外荧光成像实验系统，对注入近红外荧光染料LDS925 小鼠的尾部成像后获得了小鼠尾部近红外荧光图像和近红外共聚焦荧光图像。实验结果表明小鼠尾部近红外共聚焦荧光图像信噪比显著优于小鼠尾部近红外荧光图像，采用均方差和峰谷(PV)值进行评估时，近红外荧光成像荧光信号强度分布的均方差值和PV 值分别为864 和102；共聚焦荧光成像的荧光信号强度分布的均方差值和PV 值分别为1459 和255；进一步表明激光扫描共聚焦成像技术在近红外荧光成像中应用是可行的，可以实现深层组织的高信噪比共聚焦成像。

在光腔衰荡光谱技术中衰荡信号虽不受入射光强变化的影响, 但入射光强大小并非任意选取。通过理论计算结合实验分析, 探讨脉冲光腔衰荡光谱技术中激光单脉冲能量的选取, 结果显示激光脉冲能量选取受反射镜的反射率、探测器灵敏度、增益及信噪比等因素限制。当入射光强度选取过低, 在探测器本身灵敏度和信噪比的限制下, 信号被淹没于噪声中, 无法检测信号; 入射光强度过高, 输出的光电流随光强的增大而趋向于饱和, 探测器的响应呈现非线性, 甚至出现漂白现象或损坏探测器。实验中, 激光光源单脉冲能量范围在33 nJ到1 μJ较为合适。

利用蒙特卡罗方法对同一组光学参数分别模拟了半无限大平面、单层柱状和双层柱状生物组织中的吸收光子数密度，结果显示不同边界情况下光在生物组织中的传输有明显的差别。讨论了边界对生物组织中光传播的影响，模拟了柱状生物组织中的能流率随空间坐标的变化，并与实验结果进行了比较，验证了模拟计算的正确性。

针对980 nm激光波长设计了InGaAs/GaAsP材料多周期增益量子阱结构。垒层采用带隙更宽的GaAsP材料代替常规GaAs，改善了效率随温度升高而降低的问题，同时又能满足长寿命激光工作的需要。周期增益量子阱结构提高了有源区的单程增益，降低了阈值，提高了输出功率。制作出新结构的集成单元数为4×4,单元直径30 μm的阵列器件，工作电流为5.88 A时连续激光功率达到2 W；窄脉冲宽度1 μs,重复频率100 Hz,工作电流60 A时输出功率达到30 W，且均未达到饱和状态。此阵列器件在工作电流为1～4 A时发散角半宽均小于16°。利用加速老化方法对阵列器件的寿命进行了测试，推算出30 ℃的寿命可达5280 h以上，并分析了影响大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)可靠性的主要因素。

从M2因子、远场发散角、近场及远场光强分布等方面对大功率底发射半导体激光器光束质量进行研究，分析了不同器件参数对光束质量的影响，为寻找有效改善光束质量的方法提供了依据。设计了一种具有新型排列方式的垂直腔面发射半导体激光（VCSEL）阵列。通过调制阵列中各单元直径以及单元间距， 在4 A的工作电流下得到1 kW/cm2的高功率密度和高斯远场分布。与具有相同出光面积的单管器件和4×4二维阵列比较，新型阵列的光谱特性及光束质量均具有优越性。

激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种实时在线的无损检测技术， 可以满足工农业生产以及生物医学领域检测仪器高速化和自动化的要求。 采用波长为1 064 nm的调Q脉冲为激发光源， 常规组合光谱仪中的CCD为探测器， 以纯铅、 玻璃、 焊锡等为样品， 在建立的LIBS实验装置上对样品的铅含量进行定性定量检测。 通过对不同铅含量样品的检测， 初步确定了在自行搭建的全国产化系统下， 铅的检测极限为0.0074%， 定量检测误差多在4%左右， 2～3 min即可完成定性定量分析。 实验结果表明， 采用光栅光谱仪和非增强型CCD完全可以实现LIBS的快速铅检测， 其检测极限和检测精度基本达到了商用标准， 并大大降低了实验装置成本， 对LIBS在国内同行的相关实用化研究具有一定的借鉴作用。

采用分子动力学(MD)方法对激光诱导碎裂效应进行了数值模拟。通过分子动力学方法给出了样品受到激光辐照后的物理图像。其中激光能量为60 mJ,计算步长取3 fs。数值模拟结果表明分子动力学方法完全适用于激光诱导碎裂光谱(LIBS)的理论计算。