为了探索一种高灵敏折射率传感器，基于CO₂激光技术制备出双峰谐振长周期光纤光栅（LPFG）。首先，利用CO₂激光器在腐蚀包层后的传统单模光纤和80 μm弯曲不敏感光纤上制备出周期分别为196 μm和73 μm的双峰谐振LPFG，证明了采用CO₂激光微加工技术在单模光纤上制备短周期LPFG的可能性。其次，利用CO₂激光器直接在2种80 μm单模光纤上制备出周期分别为110 μm和115 μm的双峰谐振LPFG。实验结果表明：在2种80 μm单模光纤上制备的LPFG具有谐振损耗大，插入损耗小和折射率灵敏度高等优点。基于以上优点，采用CO₂激光技术制备的双峰谐振LPFG在生物、化学及环境参数检测等重要领域的应用具有较大潜力。同时，也提供了一种操作简单、低成本制备双峰谐振LPFG的方法。

为了解钢渣混合土基层材料在环境作用下的响应特性，分别以失水率、干缩应变、干缩系数和冻融质量损失率、冻融残留强度比为指标，开展了干缩和冻融循环试验研究。研究发现，随着钢渣占比的增加，钢渣混合土28 d干缩系数、冻融质量损失率均有所减小，冻融残留强度比先增后减，在钢渣占比50%（质量分数）时达到峰值961%，说明合适的钢渣占比既能抑制钢渣混合土的干缩，又赋予其较好的抗冻性能；随着水泥掺量的增加，28 d干缩系数、冻融残留强度比增加，冻融质量损失率减小，表明水泥掺量的增加不利于钢渣混合土的干缩性能但有利于其抗冻性能；土壤固化剂的掺入能改善钢渣混合土的干缩和抗冻性能。SEM分析表明，钢渣占比为50%、水泥掺量为5%配合比的钢渣混合土结构更紧密，8次冻融循环后整体性更好。通过对比不同基层材料的干缩系数和冻融残留强度比发现，钢渣混合土的干缩性能劣于水泥稳定碎石但优于水泥石灰稳定土，抗冻性达到甚至超过水泥稳定碎石。

为了实现光丝激光雷达系统的天基应用，开展了天基光丝雷达光谱仪光学系统设计，根据应用需求确定光谱仪光学系统构型主要由望远系统、狭缝、准直系统、平面光栅、成像系统构成；为了解决谱段宽可能引入的色差问题，光谱仪系统采用全反射结构设计；完成了光学系统与各项指标分析，通过设计可达到以下指标：光谱仪谱段范围为320~950 nm，光谱分辨率为2 nm，光谱仪最大色畸变为1.1 μm（即0.07 pixel），3个像元内的能量集中度大于96%，光学传递函数MTF在3.7 lp/mm下可达到0.99。所设计的光谱仪系统可用于星载大气成分高分辨率光谱探测。

980 nm半导体激光器作为掺铒光纤放大器的最佳泵浦源，其温度会影响激光器功率稳定性和放大器输出光谱漂移。提出将现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制元件，以半导体制冷器为执行元件、热敏电阻为温度传感器，利用FPGA自动切换内部状态机、控制流入半导体制冷器电流的方向和大小，实现980 nm半导体激光器内部的温度控制，并通过搭建基于FPGA的掺铒光纤放大器系统实验装置，验证所提方法的可行性。实验结果表明：所提出的温度控制方法能有效地实现980 nm半导体激光器的温度控制，使其功率-电流曲线的线性拟合度提高了23.07%，掺铒光纤放大器的输出光谱波长偏移减小了62.5%，保证了激光器输出功率及放大器输出波长的稳定性。该方法的结构简单且实时性高，对推进半导体激光器温度控制的发展及应用具有非常重要的意义。

结合笼形分子（Cryptophane-E）对甲烷气体的选择性吸收特性，提出了一种基于双层薄膜的高灵敏度长周期光纤光栅（LPFG）甲烷体积分数传感器。通过减小包层直径使低阶包层模式LP₀₆工作在色散转折点（DTP）附近，并在光纤表面涂覆厚度经过优化的TiO₂薄膜，以确保包层模式LP₀₆在模式转换（MT）区内与纤芯模式LP₀₁耦合，从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。由于甲烷气体分子会改变最外层Cryptophane-E薄膜的材料折射率，进而改变包层模式的有效折射率，因此通过监测共振波长的移动即可实现对甲烷气体体积分数的测量。在DTP和MT效应的共同作用下，当甲烷气体体积分数从0%变化到3.5%时，所提的LPFG传感器平均灵敏度高达249.6 nm/%。此外，针对本传感器在不同甲烷体积分数下的非线性响应特征，设计了反向传播（BP）神经网络信号解调算法。研究结果表明：在甲烷气体体积分数变化范围内，其最大预测误差为0.008%，该传感器良好的性能使其在煤矿安全监测等领域具有潜在的应用价值。

将钢渣、矿渣微粉与废弃混凝土碎料混拌制备钢渣-杂填土基层, 并对其性能开展研究。体积安定性试验表明, 矿渣微粉具有明显抑胀作用, 掺入50%(质量分数, 下同)钢渣、50%杂填土以及外掺钢渣质量30%矿渣微粉的试件的10 d高温水浴膨胀率仅为1.32%, 而未掺矿渣微粉的试件3~5 d膨胀率均超过2%限值。7 d无侧限抗压强度和28 d劈裂强度正交试验表明: 7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度影响因素大小顺序为钢渣、水泥掺量、混凝土碎料占比、土壤固化剂; 各组试件中7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度最大值分别为12.41 MPa、2.24 MPa; 钢渣-杂填土基层最佳配比为50%钢渣、50%杂填土(m(混凝土碎料)∶m(素土)=6∶4), 外掺钢渣质量40%的矿渣微粉、5%水泥、0.018%固化剂, 此时试件具有良好的水稳定性。强度影响因素试验表明, 矿渣微粉对试件强度的增幅影响最大。X射线衍射及扫描电子显微镜分析表明, 在矿渣微粉和土壤固化剂的作用下, 钢渣中f-CaO被有效消解, 团聚体与混凝土碎料、钢渣颗粒的密实包裹阻止了内部水分的挥发和外部自由水的侵入, 既保证了钢渣-杂填土基层的强度, 又有效抑制了膨胀。

膨胀超分辨技术是近几年出现的一种对样品制备进行改进实现分辨率提升的超分辨技术，由于其与其他光学技术的兼容性强，可以进一步提高分辨率，引起了越来越多研究人员的关注。复合膨胀技术是膨胀超分辨技术改进的一个主要发展方向之一，膨胀结合光学波动超分辨技术（ExM‐SOFI）在复合膨胀技术中是一种受限较小且使用较为广泛的技术。为了增强现有ExM‐SOFI技术的成像效果，本课题组将成像缓冲液技术应用于ExM‐SOFI技术，以增强膨胀样品在拍摄过程中的抗淬灭能力，从而使普通染料在ExM‐SOFI中的荧光强度、荧光波动幅度和闪烁比等均有增强。微管和囊泡的染色成像结果表明，使用这种技术可以使样品在高阶SOFI中保持真实结构，伪影更少，因而高阶SOFI技术可以提升膨胀样品的最终分辨率。