利用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术在电站锅炉尾部烟道进行测量或者采取抽取式的测量方法,能够在一定程度上反映锅炉的燃烧状况,但并不直接、迅速,需要建立模型根据测量结果对炉膛内的燃烧状况进行计算。为了给燃烧诊断提供更直接的参考,需要对锅炉炉膛进行直接测量。选择1.3 μm附近的一对H2O谱线,设计了一套测量系统,实现了TDLAS技术对燃煤电站锅炉炉膛温度的直接测量。对电站锅炉起机过程进行温度测量试验,为研究锅炉炉膛的非接触式原位在线测量系统,并进一步研究燃烧优化提供了支持。

基于光学频率梳的双光梳光谱技术(DCS)集高分辨率、高灵敏度、宽光谱覆盖和快速测量等优势于一身; 近年来, DCS发展迅速, 新原理、新方法、新技术和新应用不断涌现, 极有必要对其发展现状进行系统梳理, 对其未来发展趋势进行客观述评。为了给相关科技人员在把握DCS发展全貌时提供参考, 从光梳出发, 以异步光学取样原理与噪声特性为主线, 对DCS的测量原理、实现方案、性能指标、应用技术、仪器化, 以及未来可能的发展趋势进行综合述评与预测。

甲烷(CH4)是大气环境监测、工业过程控制、煤矿生产安全等多个领域中需重点监测的气体之一, 研制CH4传感器具有广泛的应用价值。利用CH4分子在3.31 μm附近的基频吸收带并选择其在3038.5 cm-1的吸收线作为目标谱线, 研制了一种基于中红外室温、连续、单模带间级联激光器(ICL)的CH4传感器。该传感器采用可调谐激光直接吸收光谱技术以及长光程(54.6 m)吸收光谱技术测定CH4气体浓度。自主研制了高灵敏、低功耗的激光器温度控制器和电流驱动器, 编写了基于LabVIEW的数据产生、采集与处理程序。利用体积分数为2.1×10-6的CH4标准气体和气体稀释系统配备了不同浓度的CH4气体样品, 开展了传感器的性能测试实验。根据传感器标准差的分析结果, 当采样周期为2.5 s时, 传感器的1σ检测下限约为1.1×10-8。利用该传感器对室外大气中CH4浓度进行了连续84 h的监测, 结果证实了所研制CH4传感器的工程实用价值。

藻类在多个领域发挥着不可替代的作用。激光拉曼光谱技术、激光诱导击穿光谱(LIBS)技术有着无需对样品进行复杂的预处理、对样品的破坏性小、多成分同时探测等优点，在诸多领域有着广泛的应用。介绍了近年来激光拉曼光谱技术和LIBS技术在藻类研究中的应用进展，并对其发展前景进行了展望。

介绍了一种基于商用掺铒光纤放大器、光纤布拉格光栅和可变光衰减器的可调谐、超稳定、窄带宽光纤激光器的实现方案及性能。研究结果表明，该光纤激光器的输出功率稳定性好(1 h之内的稳定度<0.92%)，线宽窄(<52 pm)，边模抑制比高(约30 dB)，调谐范围超过20 nm。整个系统不仅可以用作窄带宽光纤激光器，还可以作为宽带自发辐射输出光源和掺铒光纤放大器，且该系统易于实现，很容易在普通实验室里搭建。

共振增强多光子电离光谱技术已成为研究原子、 分子高激发态能级结构的重要方法。 运用光和物质相互作用的速率方程理论, 推导出四能级物质系统1+2+1双共振增强多光子电离概率的解析表达式, 以此为基础, 理论模拟了电离概率随激发光强、 激光脉冲宽度和碰撞弛豫速率的变化, 发现在1+2+1多光子电离机制中, 电离概率随光强的增加而增大, 继而出现单步、 双步激发饱和的现象, 直至饱和值1; 继续增大光强, 电离概率将围绕饱和值1窄幅振荡, 振荡幅度随光强增加而增大。 随激光脉冲宽度的增大, 电离概率从零开始逐渐增大直至饱和值1。 而随碰撞弛豫速率的增大电离概率以线性规律减小。

采用拉普拉斯变换严格求解二能级系统光与物质相互作用的速率方程, 获得了强激光诱导气体分子系统光声信号的解析表达式。 结果显示光声信号的大小与样品分子的吸收截面、 激发光强度、 分子共振跃迁吸收的光子数、 分子碰撞弛豫速率等因素有关。 借助于光声信号随激光强度的变化关系, 将NO分子在420.0～470.0 nm波长区间的激光诱导光声光谱归属于NO分子经X 2Π→A 2Σ的双光子激发跃迁及X 2Π→E 2Σ, F 2Σ, R 2Σ的三光子激发跃迁, 由此获得NO分子A 2Σ, E 2Σ, F 2Σ和R 2Σ激发电子态的振动常数分别为2 346, 2 342, 2 397和2 381 cm-1, 结果与采用其他方法测量的结果符合得较好。 并对光声信号随缓冲气压升高而出现饱和的现象进行了理论解释。

基于有差伺服调节技术,实现了外置光学谐振腔的共振频率与钛宝石激光器工作频率的锁定。该技术采用压电陶瓷作为执行元件,通过对压电陶瓷的调制,实现了对透射激光功率的调制,并由锁相放大器解调获得伺服信号,该伺服信号经过高压放大器放大后控制压电陶瓷的伸缩来调控谐振腔的腔长,从而使腔的共振频率锁定在激光频率上。当激光工作于单一频率时,谐振腔的谐振频率可以长时间地与激光频率保持锁定,锁定后腔的透射光功率相对起伏的稳定性为2%。当激光频率扫描时,谐振腔的谐振频率可以在2 GHz范围内不间断地与激光频率保持锁定。

利用分子红外光波段的吸收光谱特性,采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)研究各种大气痕量气体分子的吸收特征是近年来的热门研究领域。TDLAS系统的关键是利用激光二极管有很高光谱分辨率和可调谐性的特点,可以对特定分子在特定光谱范围内的一条振转线的光谱吸收进行测量而反演吸收气体的浓度,而且能够把待测分子与背景的干扰区分开来。利用可调谐二极管激光光谱、多次反射池、微弱信号检测等先进技术研制出高灵敏、高精度的大气温室气体在线连续自动监测仪。检测限达到0.087 mg/m3,检测上限高于17.5 mg/m3,满足了对环境空气中甲烷进行检测的需要(空气中甲烷体积质量为1.16 mg/m3)。

在悬垂液滴构成的圆形谐振腔中,用若丹明-640染料的激光增益增强了弱增益拉曼模式的受激拉曼散射(SRS)强度.在获得最佳染料浓度和抽运强度后,将这种方法用于探测二元混合物形成的悬垂液滴中的少量化合物,并把此少量化合物(乙醇溶液中的甲醇、水溶液中的乙醇)在悬垂液滴中的SRS探测极限提高了近一个数量级.悬垂液滴光滑的荧光和激光光谱曲线,避免了从荧光和激光光谱中分辨SRS谱线的困难.