为研究煤矸石充填复垦土壤重金属含量快速有效的监测方法, 以淮南创大生态园煤矸石充填复垦田间试验小区为研究区域, 首先采用化学方法监测土壤(0～20 cm)重金属(Cu, Cr, As)含量, 然后采用ASD(analytical spectral devices) FiSpec4型高光谱仪测量土壤样品的反射光谱, 提取光谱特征, 并对光谱进行一阶微分变换、 二阶微分变换及倒数对数变换; 将变换后的各光谱特征参数与监测的土壤重金属含量进行相关性分析, 并依据相关性分析结果选择显著相关的波段作为相关因子供建模使用。 采用多元逐步回归(stepwise multiple liner regression, SMLR)分析、 偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)及人工神经网络(artificial neural network, ANN)三种方法分别建立基于光谱反射率估算土壤重金属含量的预测模型, 并采用回归模型进行精度评定, 然后确定各重金属含量的最佳预测模型。 实验结果表明, 经过微分变换的光谱波段与土壤重金属含量达到了显著相关; 重金属Cu和Cr的一阶微分光谱的人工神经网络模型为最佳预测模型, 重金属元素As的二阶微分光谱的偏最小二乘回归模型为最佳预测模型。

提出了一种可在铌酸锂上利用光刻及钛扩散方法实现高阶可调谐的布拉格波导光栅结构，并对其相关特性进行了分析。分析了占空比、光栅阶数、波导宽度差及外加电压对高阶布拉格波导光栅反射谱特性的影响。结果表明,折射率调制度、最大反射率与零值带宽均随占空比呈周期性变化，中心波长随占空比的增加向长波方向漂移。在各阶光栅均取最佳占空比时，折射率调制度最大;随着光栅长度的增大，最大反射率增大而零值带宽减小。随着波导宽度差的增大，最大反射率及零值带宽均增大，中心波长向长波方向漂移。当外加电压增加时，反射谱谱线形状几乎不变化，中心波长会向长波方向漂移，且呈线性增长趋势。

设计了一种基于LiNbO3的长周期波导光栅可调谐耦合器.该耦合器利用长周期光栅的独有特性将输入波导的导模经包层模耦合至输出波导导模.由于LiNbO3的电光效应, 波导光栅芯层与包层的有效折射率随外加电压变化, 从而耦合器的谐振波长及耦合效率可由外加电压调谐.分析了光栅周期与耦合器的长度对耦合器带宽和耦合效率调谐范围的影响, 以及波导尺寸对谐振波长调谐灵敏度的影响.结果表明光栅周期越短, 耦合器长度越长, 则耦合器的带宽越窄, 耦合效率调谐范围也越大.此外, 谐振波长调谐灵敏度随波导宽度的增加而减小, 而波导厚度对谐振波长调谐灵敏度的影响可以忽略.对光栅周期为94 μm、长度为3.52 cm的耦合器进行仿真, 结果表明, 谐振波长灵敏度为26.2 pm/V, 3 dB带宽可达4.5 nm, 当外加电压从0变化到200 V时, 谐振波长变化5.24 nm, 耦合效率可在1到0.15之间进行调谐.

对基于相位掩模法的高阶布拉格(Bragg)波导光栅的特性进行了研究, 不同阶数Bragg波导光栅的谐振波长均随饱和系数的增大而增大。综合考虑光栅阶数、相位掩模板衍射效率及饱和系数对Bragg波导光栅折射率调制幅度的影响, 当Bragg波导光栅阶数为2, 且饱和系数为0.67时折射率调制幅度达到最大, 此时Bragg波导光栅的最大反射率最大, 零值带宽最大。随着光栅长度的增大, 最大反射率增大, 零值带宽减小。波导光栅的饱和系数随写入光强与刻写时间乘积的增大而增大, 当此乘积为160 s·W/cm2时饱和系数为0.67, 因此可以通过控制写入光强与刻写时间使饱和系数达到最优。

退相关现象制约散斑干涉测量的实现。为了增加散斑场的相关性，抑制退相关，提出一种使用三次相位板进行相位调制的方法。通过分析散斑场相关性与散斑尺寸的关系，阐述了相位调制通过扩展散斑尺寸而抑制退相关的机理，仿真验证了方法的有效性。在此基础上设计了相位调制散斑干涉测量系统，其物光光路采用4f 系统结构，可在相位面处放置三次相位板方便地进行相位调制。对比实验结果表明：经相位调制的散斑场横向相关尺寸提升约1.7 倍，纵向相关尺寸提升约2.5 倍，有效抑制了散斑干涉测量中退相关的发生，能够获得良好干涉条纹的纵向相干区域扩展约2.5 倍，提升了散斑干涉条纹局部对比度。

本文提出了一种全新的基于整体柱材料的SERS检测方法。通过将探针分子和银溶胶混合后滴加在整体柱上, 我们可以得到浓度低至10-18 mol/L的罗丹明6G(R6G)及10-16 mol/L的对巯基苯胺(PATP)的SERS信号。利用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对银溶胶及整体柱材料进行了表征。通过实验结果可以初步推测, 整体柱材料的表面形态和孔结构可以促进银溶胶产生“热点”。