密度泛函理论是一种基于量子力学原理的电子结构计算方法，已经成为材料科学和化学领域中重要的计算工具之一。在荧光材料研究中，密度泛函理论计算可以确定晶体结构，计算材料的的能带结构、态密度等信息来帮助研究人员理解荧光材料的本质和特性，为材料的设计和优化提供依据，同时基于密度泛函理论计算的高通量计算可以快速评估大量材料的性质，加快新材料的开发过程，降低研究成本。本文介绍了密度泛函理论计算在荧光材料研究中的应用，并探讨了其未来发展前景。

搭建了一套以1.57 μm近红外半导体激光器作为本振光源的小型化被动式激光外差探测系统,并将其用于大气环境监测。为对该系统的性能进行评估,以窄线宽近红外外腔激光器岀射的光作为信号光,与本振光混频,得到系统的带宽为0.032 cm ^-1,最小可探测灵敏度为25 pW,为光电探测器暗电流噪声功率的1/68。利用该系统对大气CO₂太阳光谱信号进行测量,并反演了其中两条主要强吸收线所对应的体积分数,结果均约为396×10 ^-6,误差为7.6×10 ^-6,测量结果与实际整层大气中的CO₂柱浓度一致,验证了该系统的可行性。

随着半导体激光器的发展, 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术有了巨大的进步, 应用领域迅速扩大。已经有超过1000种TDLAS仪器应用于连续排放监测以及工业过程控制等领域, 每年全球出售的TDLAS气体检测仪器占据了红外气体传感检测仪器总数的5%~10%。运用TDLAS技术, 已经完成了几十种气体分子的高选择性、高灵敏度的连续在线测量, 实现了不同领域气体浓度、温度、流速、压力等参数的高精度探测, 为各领域的发展提供了重要的技术保障。本文综述了TDLAS技术气体检测的原理以及最近的应用研究进展, 主要从大气环境监测、工业过程监测、深海溶解气体探测、人体呼吸气体测量、流场诊断以及液态水测量六个应用领域进行介绍。

基于中红外量子级联激光器(QCL)以及频分复用波长调制光谱技术,实现了NO₂及NH₃的高精度同时测量。对中心频率在1600.0 cm ^-1及1103.4 cm ^-1附近的两支QCL施加不同频率的正弦调制,利用数字锁相技术得到了测量信号在不同解调频率上的二次谐波信号。搭建了一套基于该技术的开放式空气中NO₂及NH₃的测量系统,多次反射池的光程为60 m。利用25 cm长的参考池进行浓度标定,发现系统在较大的浓度范围内具有优良的线性响应。两种气体的检测限均小于10 ^-9量级。使用系统进行了24 h的气体监测,测量结果与参考仪器的结果吻合较好。

自持体放电又称大气压脉冲放电或脉冲辉光放电，是一种利用微秒-亚微秒量级脉冲在大气压下获得大体积等离子体的放电形式。为了测量自持体放电过程中气体温度的演化，采用光谱拟合的方法,对氮分子第二正带光谱进行了理论分析。并对两套横向激励大气压(TEA)气体激光器放电系统(准分子放电腔快放电系统，TEA CO2激光器放电腔慢放电系统)的等离子体时域分辨分子光谱进行了测量，并拟合了气体转动温度，取得了两种不同放电结构放电过程中气体温度演化的数据。结果表明，准分子放电腔快放电过程中总的能量注入密度为1.3×105J/m3时，温度升高92K，TEA CO2激光器放电腔慢放电过程中总的能量注入密度为7×104J/m3时，温度升高约50K，两套系统温度升高比对应于总的注入能量密度比。这一结果对研究自持体放电机理提高放电稳定性是有帮助的。

为了了解激光诱导等离子体的演化过程，得到等离子体的相关参量，采用横向激励大气压CO2激光器在抛物反射面中聚焦击穿空气形成等离子体，利用成像光谱仪和增强型CCD探测器对激光诱导等离子体进行了时间和空间分辨的实验分析，取得了激光诱导空气等离子体的时间演化和空间分辨光谱。分别利用氧原子的线状谱和连续谱的比值及谱线半峰全宽计算得到电子温度达到了4×104K，电子密度在1018cm-3量级。结果表明，相比于低能量的激光诱导等离子体的辐射光谱，高能量激光诱导的等离子体则向外辐射出很强的连续光谱，同时，等离子体以激光支持爆轰波的形式快速向外膨胀，由于外围等离子体对激光能量的屏蔽作用，等离子体出现了空间分离的现象。该研究结果对理解等离子体和高能量脉冲激光的相互作用过程是有帮助的。

介绍了3种常用的测量横向激励的脉冲气体激光器流场特性的检测方法，即干涉法、纹影法和光线偏折法。利用上述测量方法实现了对一台CO2激光器脉冲放电后的扰动激波和声波的测量，得到了其形成发展过程和传播方向，获得了气体循环流动速度的一维分布。另外通过对比3种方法获得的实验结果分析了各种测量方法，其中干涉法适用于对放电区域大、密度波动较小的激光器进行流场检测；纹影法更适用于对放电区域较窄、密度梯度较大的激光器进行流场检测；光线偏折法有更高的灵敏度，能够对微小扰动进行检测，并能获得每一个脉冲放电发生后的实时流场变化信息。

利用CO2激光烧蚀锡靶产生等离子体，当入射到靶面的单个脉冲能量为400 mJ，半峰全宽(FWHM)为75 ns时，使用光谱仪和增强型电荷耦合器件(ICCD)采集了等离子体的时间分辨光谱。在局域热平衡假设下，利用谱线的斯塔克展宽和五条Sn II谱线的相对强度计算并得到了等离子体电子密度、电子温度和辐射谱线强度随时间的变化规律；利用掠入射极端紫外平场光栅光谱仪，结合X射线CCD同时探测了光源在6.5~16.8 nm波段的时间积分极端紫外辐射光谱。实验结果表明：激光点燃等离子体早期的100 ns内有很强的连续谱，此后才能分辨出明显的原子和离子线状谱。在延时0.1~2.0 μs的时间区间内，等离子体中的电子温度和密度分别在2.3~0.5 eV和7.6×1017~1.2×1016 cm-3范围内，均随时间经历了快速下降，然后再较缓慢下降的过程。激光锡等离子体极端紫外不可分辨辐射跃迁光谱峰值中心位于13.5 nm，FWHM为1.1 nm。