利用表面等离子体改变材料吸收光谱特性越来越受到关注。为了增强超高温金属纳米结构的吸收特性, 设计了超高温金属-金属以及膜层-金属-金属表面等离子体周期纳米结构, 仿真分析其在波长200~4 000 nm光谱范围内, 不同参数对材料吸收谱特性的影响。仿真分析表明, 不同参数的吸收光谱中均会出现吸收峰, 且吸收率达93%以上。而介电材料、金属纳米结构的周期、尺寸和深度是影响吸收率的主要因素。同时, 介电材料和周期还会对吸收峰出现的位置产生影响。该仿真结果为超高温表面等离子体材料的吸收特性应用的研究提供了理论基础。

复杂的野外环境大大影响了红外热像仪对爆炸温度场的测量精度。从理论角度分析了影响测温精度的因素，提出相关的改进措施。温压弹爆炸测试现场使用野外标准黑体对红外热像仪进行实地定标，准确采集到温压弹的爆炸过程，并提取到相关数据。利用 MATLAB软件平台对实验所得数据进行处理，进而得到爆炸火球表面的温度场分布信息：爆炸火球的最高温度 2881℃；1000℃及其以上温度场持续时间为 1300 ms；1000℃及其以上温度场最大散布范围为 12.61 m。测试现场同时设置了 CCD高速相机进行可见光波段的测试，测试结果表明，测试数据具有很高的精确性和可靠性。

为了解决高速摄影中由于时间短、同步难和照度低导致拍摄不到弹丸的问题，设计了一种同步触发光源系统。该系统以高亮度发光二极管(LED)阵列为光源，采用现场可编程门阵列进行控制。使用MATLAB软件对LED阵列进行仿真后可知，在距光源1m的中心位置上，该阵列光源的最大光照度可以达到9×104Lux。实验中，实验弹出膛时启动相机拍摄，同时输出触发电平同步触发光源系统。结果表明，当实验弹的装药量为0.15g、相机帧频为5000frame/s时，经估算出膛速率大约为100m/s，并且同步触发光源有效地提高了照度和补充光照的同步程度。此研究对提高弹丸测试技术是有帮助的。

为了提高迈克尔逊干涉系统的抗干扰能力, 取代传统的动镜扫描结构, 设计了基于电光调制晶体折射率实现光程扫描的干涉系统。 通过加载在可变折射率晶体上的调制电信号, 使晶体折射率产生周期性变化, 从而在原有系统光路中调制折射率改变光程差。 通过理论计算获得了电光调制过程中系统可以产生的最大光程差, 并仿真分析了晶体厚度及晶体衍射效率对调制过程的影响。 经仿真分析可知, 随着调制电压范围的增大, 可获得的光程变化范围也增大, 从而系统光谱分辨能力也相应增大。 同时, 在调制过程中设置调制范围使衍射损失的能量小于总能量的10%, 从而保证较好信噪比。 实验结果显示, 随着调制电压的变化, 干涉条纹产生周期性移动, 但超过一定范围时会产生非线性误差。 通过修正算法后系统光谱分辨率可达7.2 cm-1。 在无抗震实验平台的条件下, 传统干涉系统的相对误差超过20%, 而本系统的相对误差低于3%, 证明了系统采用静态电光调制后抗干扰能力显著增强。

由于室内甲醛超标造成的环境污染日益增多, 为了快速、 准确地对室内空气中甲醛气体的浓度进行定量分析, 设计了基于弹光调制的甲醛气体浓度检测系统, 由红外光源、 滤光片、 弹光调制器、 红外探测器等构成, 由弹光调制器控制弹光晶体折射率周期性变化, 折射率造成的光程变化提供了反演光谱分布函数的光程差。 通过HITRAN光谱数据库推导了系统可获得的光程差函数。 实验采用红外光源与窄带滤波片结合, 中心波长透过率在90%以上, 采用硒化锌晶体作为弹光调制晶体, 系统的驱动频率为100 kHz。 对三种不同环境下不同位置分别采集十组样气进行分析, 同时采用标准光谱仪和本系统进行甲醛气体浓度检测。 实验结果显示, 当甲醛气体浓度较高时, 系统性能良好; 当甲醛气体浓度较低时, 系统信噪比下降, 检测精度略有降低, 但仍能满足设计要求。

血清中蛋白质浓度在临床诊断中有重要意义, 而目前广泛使用的紫外-可见分光光度计、 荧光分光光度计等仪器结构复杂、 昂贵、 体积庞大、 耗电量高等因素, 都无法满足现场高精度检测的要求。 设计了基于四羧基酞菁锌-蛋白质体系的共振瑞利散射光谱检测系统, 系统以405 nm宽禁带半导体激光器为激励光源, 以475 nm窄带带通滤光片为单色器, 以蓝光增强光敏二极管的低噪声高增益光电放大器为探测器。 通过实验可知, 该溶液强吸收波长为420 nm附近, 在该激励光作用下, 其共振波长处会产生共振瑞利散射, 散射强度与蛋白质的含量成比例, 可以利用四羧基酞菁锌为光谱探针的共振散射法来测定血清蛋白, 其线性检出范围为10～50 mg·mL-1, 检出限为0.001 mg·mL-1。 新开发的血清蛋白质测试装置具有体积小、 成本低、 功耗小、 使用方便等优点。

激光束透过纸张后体散射场的场强大小和分布与纸张的厚度、白度和均匀度有着密切关系。体散射场分布能够直接反映纸张的质量情况,是检测纸张质量的理想参考标准。在蒙特卡罗测试法的基础上,提出一种简单实用的纸张质量检测技术。利用He-Ne激光器发出的激光束透过纸张后测量其体散射场,通过实验计算得到的模拟曲线能够很好地描述纸张的光学质量,与理论计算的体散射场曲线有很高的吻合度。

为了拉制氧化锆单晶光纤，采用一种基于激光加热基座生长法的单晶光纤拉制系统，在原有的激光加热基座生长法生长单晶光纤的基础上，设计出环形聚焦激光加热系统，对其光学系统进行了改进、优化。利用椭球镜的双焦点特性设计光路，在其第一焦点处形成聚焦环形热源，用于熔化晶棒，拉制光纤；通过ZEMAX光学软件对系统进行了光学仿真。结果表明，在光学系统的聚焦点，能形成高质量的环形热源。该系统有着其它激光加热基座生长法的光学系统无法比拟的优点，在拉制氧化锆和其它高温单晶光纤方面有着很好的应用。

为了克服化学检测痕量甲醛气体速度慢、 有耗材、 采样区域局限等缺点， 实现快速准确地检测甲醛气体的浓度， 设计了一种多特征波长窗的方法。 根据甲醛及主要干扰气体的特征光谱选择相干度最小的多组特征波长， 特征波长个数分别选用3， 4和5个， 同时配合相应的多组窄带滤光片。 当光源依次通过这些窗口及气室后， 由PCI-2TE-13型红外探测器采集， 并经相关算法反演样气中的甲醛浓度。 实验针对新装修的房屋、 建材商场、 超市及公园四种环境下采集的样气中的甲醛进行定量分析。 实验结果与ARCSpectro-AMIR型红外光谱仪的检测结果相比较， 结果表明， 采用多特征波长窗法在10 μg·m-3以上的检测结果均与标准值相近， 其平均误差均小于5%， 满足实际应用的要求， 并且具有实时检测、 不中毒等优点。

单晶光纤作为高温传感器的关键器件在航空航天、**研究、电力、铸造等方面有着广泛的应用。文中介绍了一种基于激光基座加热法的单晶光纤拉制系统，并通过 ZEMAX光学软件对系统进行了光学仿真。软件仿真结果表明，在光学系统的聚焦点，能形成高质量的环形热源 ,验证了系统的优越性。为了拉出高质量的单晶光纤，对光学系统的熔区建立数学模型，并从理论分析上讨论了各种因素对单晶光纤品质的影响。由于系统有着其他激光基座加热法的光学系统无法比拟的优点，在拉制氧化锆和其他高温单晶光纤方面有着很好的应用。