为提高超燃冲压发动机扩张段温度测量精度和测量结果的稳定性，笔者基于可调谐半导体吸收光谱技术（TDLAS），选取5个低态能级不同且分布均匀的近红外H₂O吸收线，采用玻尔兹曼图法测温。采用集成的五波长测量系统，在实验室高温炉上设定1000~1600 K的温度台阶，选用不同波长数目组合计算分析，五波长的温度偏差均在1%之内，优于其他数目的波长组合。在发动机实验中，测量了超燃冲压发动机扩张段横截面16路线的平均温度，实现了发动机点火、燃烧和熄火宽温度范围的监测；对比了相同工况下的两次实验，结果显示，工况A和工况B下重复实验的平均偏差分别为17 K和7 K，重复性较好，体现该测量方法在发动机测量中的稳定性。该温度测量方法可广泛应用于发动机及工业过程的燃烧流场领域，为计算燃烧效率、改进燃烧过程提供数据支撑，具有重要的工程应用价值。

人体呼气中一氧化氮浓度（FeNO）与肺部呼吸道疾病有着紧密的联系，美国食品和药品管理局（FDA）、欧洲呼吸学会（ERS）和美国胸科学会（ATS）等权威机构相继将FeNO作为哮喘生物标志物，并将FeNO列为呼吸系统疾病的常规检查项目。针对FeNO高灵敏监测需求，发展了一套中红外波长调制激光吸收光谱检测仪，利用多元线性回归的方法解决了CO₂谱线交叉干扰问题，NO的检测限达到0.12×10-9。利用多浓度标准气体对样机性能进行了定标，在0~215×10-9体积分数范围内，仪器结果的线性相关性为0.994。最后，对中国中医科学院西苑医院的志愿者呼气样本进行了测量。

针对宽波段吸光度直接反演温度的测温方法，数值仿真分析了300~2000 K温度范围内光谱噪声独立作用、光谱参数误差独立作用和二者综合作用对温度反演精度的影响。在光谱噪声单独作用下，以±0.005幅值噪声为一倍噪声，添加幅值从±0.005增加至±0.1的光谱噪声。当噪声幅值为±0.1时，温度的最大标准差为46.58 K@1700 K，为达到小于10 K的标准差，需将光谱噪声幅值控制在±0.02以内。在光谱参数误差单独作用下，分别对可标定的强吸收线和不可标定的弱吸收线的光谱参数添加1%和10%~50%的误差，温度最大标准差为7.77 K@1300 K（1%和40%的误差组合），其中线强误差对温度反演的影响较大，故应尽量将线强标定误差控制在1%以内。在光谱噪声和光谱参数误差的综合作用下，光谱噪声对测温精度的影响更大，在实际测量过程中获得信噪比较好的吸收信号可减小光谱噪声带来的影响。

搭建了一套基于频分复用的石英音叉增强型光声光谱双组分气体传感系统，实现了CH₄和CO₂的高灵敏探测。以中心波长分别为1654 nm和2004 nm的两支分布式反馈(DFB)激光器作为激发光源，利用函数发生器将工作在石英音叉共振频率附近的不同频率正弦调制电流分别注入到两支激光器中，同时激发产生了CH₄和CO₂光声信号，并利用数字锁相放大器对该信号进行解调，得到二次谐波信号，实现CH₄及CO₂的同时探测。实验结果表明，两种气体的光声信号之间无干扰。在常压下，通过配气系统配置不同浓度的 CH₄和CO₂ 样品，开展了CH₄和CO₂浓度与对应二次谐波信号的关系研究，获得了良好的线性响应结果，线性相关系数均大于0.994。对体积分数为500×10^－6的CH₄和体积分数为2000×10^－6的CO₂标准气体进行了长时间连续测量，并利用Allan方差对系统性能进行了评估，结果表明，该系统对CH₄和CO₂的最低检测限分别为0.58×10^－6和1.32 ×10^－6，对应的归一化噪声等效吸收系数分别为7.2×10^－9 cm^－1·W·Hz^1/2和9×10^－9 cm^－1·W·Hz^1/2。

光腔衰荡光谱(CRDS)技术具有精度高、灵敏度高、线性动态范围大的优势,被广泛应用于环境大气碳和水循环监测、人体呼气监测、深海/海洋溶解气体监测等领域。本文简要介绍了CRDS的基本原理及其发展历程,梳理了近年来国内外研究机构在痕量气体及同位素探测上的应用研究进展,重点介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所在环境大气温室气体探测、青藏高原气体廓线探测和深海溶解气体及其同位素探测应用领域中的研究工作、目前已经取得的研究进展以及还存在的相关问题,最后展望了CRDS技术在痕量气体探测领域的应用前景和未来发展趋势。

针对近地小天体监测和预警中极低信噪比运动目标难以检测的问题, 提出了基于涨落分析的暗弱运动目标关联检测方法, 阐述了在时间区间上基于光场涨落分析的关联特征提取方法的原理。强背景信号的涨落在时间维度上具有稳定分布和稳定变化的特点, 利用由目标运动导致的瞬态涨落在时间维度上分布的异常变化反演出暗弱运动目标的存在。首先将目标检测问题建模为基于单个像元灰度时序序列的一维信号检测问题, 然后在时域上划分时间窗口, 采用基于涨落分析的方法来提取关联特征, 最后由关联特征的变化来检测目标信号。将该关联检测方法应用到一维时序信号仿真实验、暗弱运动目标仿真实验和近地小行星检测实验中, 结果表明本文所提出方法的检测率和虚警率都显著优于其它几种经典常用方法, 在仿真数据和真实数据中都有很好的检测效果。

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。