微型光纤光谱仪由于具有小型化、集成化、检测速度快等特点，适合用于工业现场多组分物质的在线检测。针对微型光谱仪由于受到仪器杂散光、光度噪声和光源波动等因素的影响，导致测量光谱信号精度差的问题，提出了一种面向微型光谱仪在线检测的光学系统误差校正方法。该方法首先使用光谱仪在线测量光谱强度，并通过参考溶液和待测溶液获取光谱信号；其次，通过提出的自适应小波阈值去噪法，消除光谱信号的光度噪声，提升光谱信号的灵敏度；然后，提出了一种基于双波长光强比值不变性的光源稳定方法，动态消除光源误差；最后，对铜钴离子的光谱信号进行动态校正，并对校正曲线进行性能分析。结果表明，所提出的方法简单快速，适用于光谱信号的动态校正，以满足多金属杂质离子在线检测的需求。

为了探索一种智能、无损检测黑色素瘤边界的方法，开发了一套具有紧凑结构和自动化软件的光纤光谱仪系统，并将其应用于皮肤色素沉积的鉴别。从样品中采集散射光谱后，用标准光谱进行相关测试，系统会根据相关系数自动给出判断。首先通过体外试验验证光纤光谱仪(FOS)系统快速智能检测色素沉积的可行性。用FOS 系统对一个红、绿、蓝三色墨水染色的琼脂模型进行光谱测量，其鉴定准确率达96%。进一步用FOS 系统检测墨水皮下注射构建的小鼠黑色素瘤模型，结果显示，墨水注射区与正常区光谱有显著差异。与标准墨水的光谱比对，墨水注射区域的相关系数为0.83±0.07，而正常组织的相关系数为0.18±0.05。从相关系数构建的图上可以清楚地识别出皮肤中墨水着色区域的边界。体内和体外试验都表明，FOS 系统对皮肤沉积色素的检测具有较高的敏感性和特异性，预示着其在黑色素瘤的临床诊断中具有广阔的应用前景。

海洋微藻研究对海洋环境监测以及生物资源利用有着重要意义, 显微共焦拉曼光谱作为一种非标记、 快速检测技术已在生命领域获得广泛应用。现阶段, 商业化显微共焦拉曼仪器在微生物研究领域占据主导, 但由于体积庞大、工作环境要求严格等因素, 很难开展微藻细胞的现场检测与分析。因此, 将微型 光纤光谱仪引入微藻“单细胞”的检测, 自主研发了一套小型显微共焦拉曼系统, 尝试低成本开发微 生物分析设备。整个系统基于微型光纤光谱仪实现了硬件的一体化小型设计(L750 mm×W350 mm×H410 mm), 具备光谱探测、显微成像、光镊捕获功能。通过四种典型微藻(中肋骨条藻、微拟球藻、东海原甲藻及小藻)的检测验证, 成功识别了“单个活体细胞”内的蛋白质、脂类、糖原、核酸等多种细胞组分, 相应的结果经过主成分分析 (Principal component analysis, PCA)后, 很好地实现了四种微藻的种类归属, 证明了光纤光谱仪应用于单细胞量级 海洋微生物分析的可行性, 并有望在将来发展成为船基设备, 用于微藻的甲板在线检测。

针对辐射光谱测温法测量误差问题,利用黑体炉搭建了标准辐射测温实验平台,选用200~1 100 nm波段光谱仪对标准高温源进行辐射光谱测量。讨论了高温源辐射光谱特征,并基于辐射光谱测温法获得了温度测量值,该值与标准参考值的相对偏差小于4%,同时分析了测量重复性引起的标准不确定度分量,为辐射测温法应用提供参考。

解调飞机上变栅距光栅位移传感器的微型光谱仪在受到严重的高低温冲击后会出现温度漂移.针对航空领域中变栅距光栅位移传感器的解调系统研制了一种具有实时温度补偿功能的微型光纤光谱仪.为了实现实时温度补偿,分析了温度变化对微型光谱仪的影响,并对传统的交叉式Czerny-Turner光路进行了优化,用ZEMAX软件模拟得到:在相同的受热产生的变形条件下,优化的C-T光路光谱漂移量相比优化前的更小且整体漂移线性度更好.在此基础上提出了一种引入参考光来实现实时温度补偿的方法,并最终基于改进的C-T光路制作了一个体积为80 mm×70 mm×70 mm、工作波段在500～1 000 nm、积分时间为8 ms～1 000 ms、光学分辨率约为2 nm的微型光纤光谱仪,用实验验证了优化的C-T光路的光谱温度漂移情况及温度补偿方案的可行性.实验结果表明在近60 ℃范围内的温度冲击下,研制的微型光谱仪能够达到波长标准误差小于0.1 nm,波长最大误差小于传感器系统所要求的0.3 nm,满足初始的设计要求.该微型光谱仪的创新之处在于采用了优化的交叉式C-T光路作为色散系统且基于引入参考光的方法实现了实时温度补偿功能。

基于全息光学理论分析了全息光学元件的高斯成像性质, 包括光焦度、成像位置、衍射效率以及作为光纤光谱仪光栅元件的可行性, 并以全息光栅的成像理论以及光谱仪工作原理为基础, 设计了光谱仪器光学系统的各个参数, 通过Zemax软件的仿真、像质评价及优化, 得出最终的参数和模拟结果。所使用的全息光栅记录波长为575 nm, 记录光束之间的夹角为10°, 一束为平面波, 一束为球面波, 焦距40 mm,使用+1级衍射光, 光栅孔径为10 mm。光谱仪的工作波长范围为400 nm～800 nm, 体积140 mm*30 mm*40 mm, 谱面展宽29.1 mm。通过在光学平台上搭建光路, 利用已研发完成的电路系统及光谱仪软件, 针对汞灯光谱进行了试验, 光谱分辨率优于8 nm, 测量得到的汞灯光谱与标准汞灯光谱一致, 表明了所设计的基于全息元件的光纤光谱仪光学系统是可行的。

为解决激光诱导击穿光谱系统中光谱检测模块体积大、分辨率低的问题, 设计了一种小体积、高分辨率的交叉型Czerny-Turner光纤光谱仪.计算了光学系统的结构参量和光学元件的特征参量.运用光学设计软件Zemax对光学系统进行分析与评价, 结果表明该光谱仪在340～440 nm光谱范围内分辨率优于0.1 nm, 系统体积约为200 mm×180 mm×60 mm.此外, 搭建了一套激光诱导击穿光谱实验系统, 通过对重金属溶液的分析检测, 获得良好的实验结果, 整个系统分辨率高、体积小、成本低、结构简单、稳定性好.

利用Nd3+:YAG/Cr4+:YAG键合晶体分别研究了被动调Q的单体和半外腔结构激光器的高峰值功率短脉冲激光特性，发现半外腔结构的被动调Q激光器具有产生脉冲宽度小于1 ns、单脉冲能量达1 mJ、峰值功率超过1 MW的潜力，远远优于单体激光器可以获得的单脉冲激光能量和激光峰值功率。利用所研制的半外腔结构被动调Q激光器，并结合自行研制的高分辨率光纤光谱仪，开展了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术研究，针对标准铁合金样品和溶液中的Pb重金属离子，得到了较好的定性分析结果和定量关系曲线。

本文采用微型光纤光谱仪和复合光源联用的方式对红宝石样品进行了透过率光谱测试, 并与紫外―可见光分光光度计测得的透过率光谱进行对比, 发现红宝石透过率光谱在694 nm主峰存在差异, 并针对这一差异现象进行了荧光光谱实验。实验表明, 复合光源中321 nm~691 nm波长的激发光可有效诱导红宝石产生以694 nm为主峰的荧光, 红宝石694 nm处透过率光谱的形态由694 nm光谱的发射与吸收程度共同决定。因此, 采用复合光源的检测方式可得到与单色光检测方式不同的透过率光谱形态。本文对两种仪器的测量过程和其所用光源进行了对比分析, 说明了光源能量分布对宝石光谱鉴定的影响, 结果能够促进对宝石紫外可见吸收光谱鉴定的认识和改进。

提出利用微型近红外光谱仪、 结合Y型光纤探头, 在900～1 700 nm范围内对奶粉中蛋白质、 脂肪含量进行快速、 无损检测的漫反射光谱检测方法。 基于Unscrambler 9.7化学计量学软件, 选择合适的光谱波段, 通过PLS算法分别建立了蛋白质、 脂肪的校正模型, 得到蛋白质、 脂肪校正模型的决定系数R2分别为0.987和0.986, 均方根误差RMSC分别为0.385和0.419。 利用所建模型对预测样本数据集进行预测验证, 得到蛋白质的标准差SEPProtein=0.768、 脂肪的标准差SEPFat=1.109, 表明所建模型具有较高的预测能力, 已基本达到实用化要求。