光热治疗基于光热药剂在激光照射下产生热量, 进而高温杀死肿瘤细胞, 因而实时监测光热过程中微观温度变化对于优化治疗效果具有十分重要的作用。稀土Eu3+配合物的发光具有线谱、长荧光寿命以及对温度高度敏感的特点, 利用Eu3+配合物的温敏特性可检测光热过程中的温度变化, 整合温度监测功能和光热特性的纳米体系在光热治疗领域具有很好的应用前景。本文制备了一种内部封装温度敏感探针Eu3+配合物且表面复合金纳米球的功能纳米颗粒, 将该功能纳米颗粒分散液置于不同的温度环境中, 发现其荧光性能对温度具有高的响应灵敏度, 即Eu3+的特征发射峰(615 nm)强度随温度升高降低52.7%, 表明该稀土荧光温度纳米传感器具有高的温度敏感性。在激光辐照下, 功能纳米颗粒可以产生良好的光热现象, 基于自身的温敏特性可实时对光热特性进行温度监控。

给出了保偏光子晶体光纤（PM-PCF）模场的计算模型，搭建了基于近场光斑成像法的PM-PCF 非圆模场在线测量装置，采用红外成像系统实现了模场参数的绝对测量。在此基础上，研究了放电对PM-PCF 模场的微调作用，结合仿真计算，获得模场参数变化规律。建立了PM-PCF与传统保偏光纤的耦合损耗计算模型，确定了低损耗耦合条件，并进行了熔接实验验证，实现了PM-PCF与传统保偏光纤的低损耗熔接。

理论分析并仿真了单模光纤中前向和后向拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率的变化规律，发现其具有明显的阈值特性。由此提出了一种新的单模光纤拉曼阈值的定义，将拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率变化曲线的二阶微分的最大值对应的输入抽运光功率定义为单模光纤拉曼阈值，还给出了与之相应的单模光纤拉曼阈值的测量方法，通过对单模光纤拉曼阈值随单模光纤特征参数的变化规律进行仿真和拟合，分别获得了单模光纤中前向和后向拉曼阈值方程。搭建了实验平台，采用脉冲光抽运，对长度为24 km的单模光纤中前向和后向受激拉曼散射的阈值特性进行了实验验证，结果表明，实验结果与理论分析和仿真结果相符合，验证了所提出的阈值定义和测量方法的有效性，实验中还发现，在不同的光纤特征参数下，单模光纤后向拉曼散射阈值比前向时平均提高了24.9%，与理论仿真结果的25.3%相符合，表明单模光纤中前向受激拉曼散射更容易产生。

亚微米虚拟冲击器是实现高灵敏度生物气溶胶光学在线监测的前提，是当前的研究热点之一。基于空气动力学理论与相关研究基础，设计了一种切割粒径为0.4 μm的亚微米级粒子虚拟冲击器，利用计算流体动力学(CFD)分析软件Fluent以及离散相模型对虚拟冲击器结构的入口喷嘴与收集孔间距、收集孔径和流量比等各种设计参数进行模拟与分析，得到了一组优化设计参数并制作了虚拟冲击器实物。测试结果表明，该虚拟冲击器具有良好的浓缩效果，对0.37、0.5、0.7 μm聚苯乙烯乳胶球(PSL)粒子的收集效率等参数与仿真结果基本吻合，验证了流体动力学分析方法的可行性。该虚拟冲击器切割粒径的实验测试结果达到0.4 μm，满足实际应用需求。

近年来，大气生物气溶胶的实时监测技术已经成为研究领域的热点。在已有技术的基础上，研发出了含有280 nm和365 nm两种激发光波长的双通道生物气溶胶检测系统。利用该检测系统，分别测量了色氨酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的荧光光谱和强度，确定了对该系统两个通道进行标定的方法，并结合对牛血清蛋白(BSA)以及易引起误判的香烟烟雾等物质的测量结果进行了分析与探讨。实验结果证明了通过多通道紫外光诱导生物气溶胶粒子产生本征荧光，并对荧光光谱与强度等信息进行分析可以较为准确地实现对粒子种类的预判别。这种技术具有较强的应用价值与发展空间。

分析了相干探测型布里渊光时域反射计（BOTDR）的信号特征及信号包络对其空间分辨率和布里渊频移测量精度等参数的影响，总结了幅度调制信号的数字包络解调算法模型和理想的数字包络解调算法的特性。根据广义谐波小波(GHW)的零相移理想带通滤波特性及通带参数可灵活设计的特点，提出了一种基于广义谐波小波变换（GHWT）的BOTDR的数字包络解调技术，设计了解调方案并进行了参数优化和实验研究。结果表明，与现有BOTDR数字包络解调技术相比，所提出的新技术能够无失真地提取BOTDR的信号包络并具有较强的噪声抑制能力，从而在不影响BOTDR的空间分辨率的情况下提高布里渊频移测量精度。最后，还根据解调算法的频域特性对实验结果进行了分析。