光晶格钟需要高稳定度的超稳激光, 而超稳激光的频率稳定性受限于超稳腔的热噪声和温度涨落, 因此, 降低超稳腔的温度涨落对于超稳激光的频率噪声达到热噪声极限具有重要意义。分别从时域和频域上分析了达到热噪声极限对超稳腔温度稳定性的要求, 设计了超稳腔控温系统, 其包括一层被动隔热、两层主动控温的超稳腔真空系统和主动控温装置; 找到了超稳腔的零膨胀工作温度; 测量了真空隔热系统的温度传递时间常数(3.6 d); 监测了真空腔内主动控温层11 d的温度涨落(<1 mK)。通过实验测量和理论分析, 在频域和时域上分别计算得到了超稳腔的温度波动, 确定了千秒内的温度涨落引起的频率噪声均在热噪声极限以下。利用磁光阱产生的199Hg冷原子的钟频跃迁光谱测得超稳腔的长期温度漂移为4.2 kHz/d, 符合Hg原子光晶格钟的要求。

提出了一种可调谐多波长布里渊随机光纤激光器, 其具有半开腔结构, 一端利用3 dB耦合器构成全反端, 另一端利用单模光纤中随机分布的瑞利散射作为反射, 经掺铒光纤放大器放大后的布里渊抽运光, 在长单模光纤中形成级联的高阶受激布里渊散射, 即实现多波长布里渊随机激光输出。实验结果表明：当布里渊抽运波长为1530 nm时, 从该激光器最多可获得7个斯托克斯波长的随机激光输出; 通过改变布里渊抽运功率及掺铒光纤抽运激光功率, 研究了功率的大小对多波长随机激光输出的影响。此外, 通过改变布里渊抽运激光波长, 实现了多波长布里渊随机激光在1515~1565 nm范围内的调谐。

实验研究了具有单斜独居石结构的钒酸镧(m-LaVO4)晶体的室温拉曼光谱, 报道了基于 m-LaVO4晶体作为拉曼增益介质的主动调Q内腔式脉冲拉曼激光器。受激拉曼变频实验以波长为808 nm的光纤耦合半导体激光器(LD)作为抽运激发光源, Nd∶YAG晶体为产生基频激光的增益介质, 融石英声光调Q器为主动调Q元件, 采用紧凑的法布里-珀罗两镜平凹谐振腔可有效地产生波长为1170.9 nm的一阶斯托克斯脉冲激光。当注入抽运功率为6.51 W, 脉冲重复频率为30 kHz时, 实验产生的一阶斯托克斯脉冲激光的最高平均功率为767 mW, 相应的脉冲宽度为13.8 ns, 单脉冲能量为25.6 μJ, 峰值功率为1.85 kW。

研究了1.06 μm连续激光辐照损伤CCD探测器的进程及不同损伤阶段CCD探测器成像能力的削弱程度。通过电子显微镜(SEM)扫描分析损伤机理, 结合损伤状态下的CCD图像, 解释了各损伤阶段成像质量变化的原因。结果表明：在点损伤阶段, 微透镜熔融汽化, 失去聚焦光束的能力, 使得进光量减少, 图像灰度降低, 同时汽化的微透镜冷却后附着在封装玻璃表面, 这是成像质量下降的主要原因; 在线损伤阶段, 激光对探测器多层结构有更深层次的损伤, 使得部分像元失去成像能力, 加上激光对封装玻璃的损伤, 使得CCD探测器的成像能力逐渐降低。以已有的评估方法为基础, 通过清晰度评定和形态学检测相结合的方式, 建立了损伤评估模型, 对不同损伤阶段的成像能力和成像质量进行评估, 获得了损伤时间、损伤形貌、损伤阶段和探测器成像能力的对应关系。

基于InGaSb/AlGaAsSb材料体系, 制备出了一款高性能的镀膜激光器。为了性能对比, 同时制备了未镀膜激光器。未镀膜的器件在注入电流为3.0 A时, 室温连续模式下的输出功率达到300 mW, 最大插头效率为 8.3%。镀膜器件在注入电流为2.6 A时, 室温连续模式下的输出功率达到380 mW, 最大插头效率为15.6%; 另外, 在0.3~2.4 A的注入电流范围内, 镀膜器件的插头效率均大于10.0%, 激射波长均在2.0 μm附近。

研究发现, 空间光束在增益介质中相互干涉, 产生空间烧孔现象, 形成增益光栅。简并的四波混频作用形成的增益光栅在谐振腔内多次振荡后, 具有产生自调Q、自适应、窄化带宽和相位共轭激光输出的能力。在掠入射式结构的非互易式激光谐振腔中, 采用脉冲抽运单块Nd∶YVO4晶体, 利用增益光栅的上述特性, 分析了影响输出单频稳定性和输出能量的因素, 通过优化非互易式器件消光比、增益区域大小、自交叉光夹角等条件实现了单脉冲能量为0.9 mJ、脉宽为7.5 ns、线宽为0.95 pm的稳定的单纵模调Q输出。在本研究检索范围内, 这是目前单块增益介质实现的最大能量, 可为非互易式增益光栅激光器稳定的单纵模振荡的分析和优化提供参考。

利用飞秒激光双光子直写技术, 在微流控芯片内部集成了一款三维(3D)弹簧状流量传感器。加工的弹簧状流量传感器可以循环拉伸多次, 且变形可逆。另外, 不同的激光曝光能量能够加工不同厚度的弹簧状流量传感器, 从而可以检测出不同范围的流速, 最小可检测10-12量级的流速。该流量传感器可以用于多种微流控器件中, 尤其适用于需要将流速检测与微流控器件结合的场合以及超低流速的检测应用中。

采用脉冲激光沉积法, 室温条件下在透明导电玻璃衬底上制备了Bi3.95Er0.05Ti3O12(BErT)薄膜。研究结果表明, 低沉积氧气压下制备的BErT薄膜表面致密, 平整无裂缝, 且呈非晶结构; 当沉积氧气压为3 Pa时, BErT薄膜厚度约为180 nm, 表现出优秀的介电性能, 即当测试频率为1 kHz时, 室温介电常数为52, 介电损耗为0.025。同时, BErT薄膜的介电性能随频率、电压和温度的变化比较稳定, 在可见光区间具有较高的透过率。

采用激光电弧复合焊技术焊接了T91耐热钢, 在750 ℃下对焊接接头进行了不同时间的高温时效处理, 研究了焊缝、热影响区及母材的组织演化, 并对析出物进行了分析。结果表明, 随着高温时效处理时间的增加, 焊缝中的晶粒逐渐增大, 马氏体板条宽度增加并逐渐碎化为亚晶结构, 析出物逐渐粗化并向晶界或亚晶界聚集, 显微硬度逐渐减小。不同时效处理时间下的焊接接头均断裂于母材。

利用激光冲击强化技术对AM50镁合金进行了表面处理, 研究了试样在NaCl溶液中的抗应力腐蚀性能和断口形貌的变化, 并对断口进行了成分分析; 研究了激光冲击层数和氯离子浓度对AM50镁合金耐腐蚀性的影响。结果表明, 大面积激光冲击强化处理的AM50镁合金表面产生了残余压应力, 表层晶粒得到细化, AM50镁合金的抗应力腐蚀性能得到改善。AM50镁合金的抗应力腐蚀性能随激光冲击层数的增加而增强, 但随氯离子浓度的增大而减弱。

利用开环态双光子吸收转化荧光光谱、荧光淬灭光谱等探究了二芳基乙烯的光学记录特性及参数, 得到其非线性吸收系数为3.46×10-13 m/W, 双光子吸收转化的阈值功率密度为107.36 GW/cm2, 荧光淬灭的阈值功率密度为2.89 GW/cm2。基于所得到的测试参数, 理论计算出其在超分辨光存储中的分辨率可达60.0 nm, 并设计了一种基于二芳基乙烯的双光子双光束超分辨光存储信息记录和读出方法。研究结果表明, 二芳基乙烯具有光诱导-光抑制、非线性吸收及荧光淬灭等特性, 是一种优异的超分辨光存储备选材料。

采用高温熔融法制备了Tm3+/Dy3+共掺杂铋酸盐玻璃样品。利用样品的差热分析曲线、拉曼光谱、红外透过光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光衰减曲线, 对800 nm激光二极管抽运下样品的1.47 μm宽带发光特性进行了研究。研究结果表明, 制备的铋酸盐玻璃具有良好的热稳定性、较低的声子能量和较高的红外透过率。当Dy3+的摩尔分数为0.3%时, 实现了对Tm3+的1.47 μm发光的敏化增强, 其荧光谱线的半峰全宽为118 nm。计算得到1.47 μm发光的最大受激发射截面为4.37×10-21 cm2, 光纤放大品质因子为5.31×10-26 cm3。

衍射光栅在各行各业有着广泛的应用, 这就要求光栅必须具有良好的质量。在制作大尺寸光栅的各种方法中, 激光直写技术具有明显优势, 采用并行激光直写技术制作出了尺寸为100 mm×100 mm、线数为1780 line/mm的正弦形光栅。首先对光栅进行理论分析, 找出正弦形光栅在效率最高时的槽深;然后用激光直写技术制作光栅, 最后在光栅表面镀上一层金膜。测量了光栅的衍射效率, 并预估光栅的均匀性。结果表明：光栅的衍射效率约为90%, 与理论值接近, 而且分布很均匀, 证明了并行激光直写技术制作高质量、大尺寸光栅的可行性。

提出了基于强度传输方程(TIE)的光学元件激光损伤应力检测方法, 通过采集损伤点区域聚焦位置附近的三幅强度图像, 直接计算出损伤点产生的应力双折射相位分布, 并在此基础上实现了激光损伤应力的定量检测。相较于其他相位测量技术, TIE方法在恢复的相位结果中不会出现幅度为π的相位跃变, 而且可以采用非相干光照明, 具有光路结构简单、操作方便和测量速度快等优势, 适用于光学元件损伤的快速检测。对石英玻璃在二氧化碳激光器作用下所产生的系列损伤点进行了实际验证测量, 测量结果完全符合理论预期。

针对厚钢板内部缺陷的检测问题, 利用合成孔径聚焦技术(SAFT)实现了厚钢板样品内部缺陷的定位及成像。移动脉冲激光线源在样品内激发超声纵波, 利用激光测振仪在固定点探测得到超声时域B扫描信号, 从时域信号中提取缺陷反射的纵波回波, 对样品内部缺陷进行成像。使用有限元方法对该成像过程进行数值模拟, 并通过实验对其进行验证, 所获得的实验结果与数值计算结果一致。采用这一缺陷成像方法可在缺陷回波信噪比较低的情况下实现缺陷检测, 并且过程简便, 在激光超声检测领域具有应用价值。

通过引入自动扫描光栅单色仪, 实现了快速色散测量, 极大程度地降低了载波包络偏频慢漂对测量准确度的影响, 降低了测量复杂度, 提高了色散测量精度。以815 nm钛宝石锁模激光器作为光源, 以自建的八镜光学腔作为参考, 对厚度约为6.35 mm的熔融石英窗片的群延迟色散(GDD)进行了测量, 结果与Sellmeier方程给出的理论值相差1.2 fs2, 不准确度仅为0.5%。测得八镜光学腔在常温常压状态下的GDD为28.8 fs2, 比理论值低约12 fs2, 原因可归结为8片腔镜镀膜的不均匀性。

采用3D particle-in-cell(PIC)数值模拟方法, 研究高品质高能质子束经由脉冲电流螺线管传输并聚焦于远端的情况。模拟结果表明:初始时刻中心能量为250 MeV, 能散度为10%, 空间发散角小于15 mrad的质子束, 通过长度为760 mm、中心磁感应强度为10.87 T的通电螺线管, 可以被聚焦于距离质子源约2.5 m的远端, 焦斑横截面直径约为1.2 mm, 小于模拟初始时刻的1.8 mm, 质子数目的损失小于3%。研究结果表明利用通电螺线管来传输和调控高能质子束流的方案是可行的。该方案可用于优化质子束流品质, 促进激光驱动质子加速在癌症治疗等对质子束单能性和发散角要求较高的领域得到早日应用。

基于变形镜（DM）的影响函数，采用有限元方法对波前校正过程进行了数值模拟，分析了压电陶瓷（PZT）驱动器的疲劳特性对变形镜校正能力的影响。研究结果表明，在压电陶瓷驱动器产生疲劳后，变形镜校正能力下降。待校正畸变波前的峰谷值越大或空间高频成分比例越高，变形镜在驱动器疲劳后的校正能力下降得越明显，且受前者影响更大。

为了实现对Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统的解耦控制, 提出了一种基于拉普拉斯本征函数的解耦控制算法。通过求解不同齐次Neumann边界条件下的拉普拉斯本征方程, 获得不同光瞳区域下自身和一阶偏导数均正交的拉普拉斯本征函数。利用不同光瞳区域下的拉普拉斯本征函数, 实现了对不同光瞳区域下Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统的解耦控制。此外, 拉普拉斯本征函数的一阶偏导数具备正交性, 这使得在构建Tweeter耦合抑制矩阵时无需对Tweeter驱动器响应函数面形进行逐个测量, 极大简化了Tweeter耦合抑制矩阵的构造过程。采用Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统对该算法的有效性进行了实验验证, 结果表明：基于拉普拉斯本征函数的解耦控制算法能够实现对Woofer和Tweeter同步控制, 并能有效地抑制Woofer和Tweeter之间的耦合误差。

针对高功率光纤激光器在空间等特殊环境下无水冷却的热管理要求, 设计并研制了一种基于相变材料的高功率光纤包层光滤除器。采用正十八烷作为相变材料吸收包层光滤除器的产热, 利用Ansys的Fluent模块仿真分析相变材料的相变过程及200 W下滤除器温度分布特性, 实验采用0.246 kg质量分数为99%的正十八烷对200 W级滤除器进行热管理, 在室温为25.6 ℃、滤除的包层光为206 W的情况下, 该滤除器可稳定、安全工作360 s。实验结果和仿真结果基本吻合。

提出了一种基于光子到达时间测量的光子探测阵列信号时隙同步方法。通过测量每个支路不同光子的到达时间, 得到每个光子的到达时间相对于脉冲位置调制时隙位置的偏移量, 统计得到不同偏移量处的光子分布。在频偏存在的情况下, 光子分布更加平坦; 在初始相偏存在的情况下, 光子分布峰值会偏离中心位置。把均方误差或二阶矩作为不同频偏和初始相偏情况下同步程度的衡量标准, 利用搜索的方式实现时隙同步。仿真结果表明, 在计数时钟频率为时隙时钟频率两倍及以上的情况下, 所提方法能实现时隙同步。

从时间交织光模数转换(TIPADC)的通道响应出发, 分析了后端光电探测响应与通道失配的关系及其对失配校正的影响,并进行了仿真验证。结果表明：在探测响应不导致串扰的情况下, 通道失配的影响与频率无关, 可以用单一频点处得到的失配参数进行校正。在探测响应会导致串扰的情况下, 不同增益下的通道响应呈同比例变化, 但不同时间失配下的通道响应呈不同比例变化, 用单一频点处得到的失配参数只能对增益失配进行校正。

有限投影荧光分子断层成像(FMT)可以以较短的数据采集时间在动物体内快速重建出荧光目标的三维分布。然而, 由于较少的投影数据使得有限投影FMT具有严重的病态性。为了降低FMT重建的病态性并提高重建速度, 考虑到FMT中光源稀疏分布的特性, 提出了一种结合平滑l0范数(SL0)和可行区域的有限投影FMT重建方法, 采用一种基于SL0的FMT重建方法, 利用一个连续函数来逼近l0范数, 以实现快速求解, 同时将可行区域作为有效的先验信息, 以提高重建精度。数字鼠模型的重建结果表明, 在3、6、9个激发点下, 重建图像的位置误差都小于1 mm, 重建时间缩短, 3个激发点下的重建时间为8 s。物理实验的重建结果进一步表明了该方法在实际FMT重建上的可行性。

近年来，激光吸收光谱技术取得了巨大进步，应用领域不断拓展。在气体检测中，激光吸收光谱技术已实现了近百种气体的定性或定量测量，并以气体分子为测量对象，可实现温度、流速、压力等参量的同时非接触测量。激光吸收光谱气体检测涉及到安全监测、工业流程优化控制、废气源排放监测、环境中痕量有毒/有害/易燃/易爆成分探测、呼吸气体分析及某些疾病的早期诊断与筛查、化学反应过程测量与诊断、发动机燃烧诊断、超声速风洞测量、深海溶解气体探测、火山状态探测、星际生命探测等领域。随着全球环境、生态以及能源问题的日益加剧，激光吸收光谱气体检测技术受到了空前关注。

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。

分子吸收光谱数据, 包括谱线的位置、强度、压力位移系数及展宽系数等,是研究温室效应、大气环境监测以及星际气体探测等应用的基本参考。随着激光技术的飞速发展, 光腔衰荡光谱技术以其极高的探测灵敏度和测量精度, 被广泛应用于分子光谱测量。结合各种复杂精密光谱线型, 可以获得大量可靠的高精度光谱数据参数。这些结果被用于更新光谱数据库, 甚至是检验基本物理定律和常数。主要介绍光腔衰荡光谱测量方法, 特别是结合激光锁频技术的精密测量技术, 并以一氧化碳、氢分子泛频振转光谱测量为例, 介绍其在精密分子光谱参数测量中的应用。

腔增强吸收光谱技术具有实验装置相对简单、灵敏度高、环境适应性强等特点, 是高灵敏吸收光谱技术的重要组成部分。随着半导体材料和封装工艺的发展, 腔增强吸收光谱技术在光路结构、光源选择、以及与其他光谱技术的联合应用方面有了极大的改进和拓展, 在环境监测、医疗诊断、**建设、工业生产等领域有广阔的应用前景。对腔增强吸收光谱技术的研究现状、发展趋势、应用领域等方面进行详细的论述, 从腔增强吸收光谱技术的基本物理原理出发, 基于不同的光源描述常见的实验配置, 其次对改进光路几何结构的系统性能进行相关分析研究,此外概述了腔增强光谱技术与其他技术的联用情况, 并总结了目前该技术在不同领域的应用, 最后对各装置的发展前景进行了展望。

主要回顾了近几年石英增强光声传感技术的最新研究进展, 展望了未来几年该技术的发展趋势。从石英增强光声传感技术的基本原理开始, 介绍了传统的石英增强光声传感器系统的搭建, 围绕如何降低系统噪声和进一步提高探测灵敏度展开论述。阐述了定制音叉式石英晶振的建模与设计, 详细讨论了如何使用定制的音叉探索新型光谱测声器配置, 使探测灵敏度提高两个数量级, 并介绍了利用这些定制音叉的泛频振动模式实现减小声音共振腔长度的目的和双气体探测功能。最后讨论了该技术的进一步发展方向。

可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术作为一种先进的光谱检测手段已经被广泛应用于燃烧流场和风洞环境的过程诊断中, 它可以实现流场温度、组分浓度、气流速度等多参数的在线精确测量。介绍了TDLAS技术的基本原理及其在流场参数测量领域的发展历程, 总结了近几年来在超燃冲压发动机、航空涡轮发动机以及超声速风洞等流场参数测量方面所开展的TDLAS应用实例, 着重介绍了在实验室和外场环境中就流速的高精度测量、燃烧场温度和组分的连续监测、场分布的准确反演所做的研究工作。同时概述了激光吸收光谱流场诊断技术的发展水平、目前已经取得的最新研究进展以及还存在的相关问题, 最后展望了TDLAS技术在流场诊断领域的应用前景和未来的发展趋势。

带间级联激光器(ICL)是近年来发展起来的高性能中红外光源, 覆盖中红外3~6 μm谱段。其具有电光效率高、阈值电流低、可室温连续工作等优点, 是痕量气体检测领域最具吸引力的半导体激光器之一。分析了中红外指纹吸收光谱的特征, 简述了带间级联激光器的发展、工作原理和特性, 综述了基于中红外宽带吸收光谱的高灵敏、特异性检测技术的发展, 并对今后发展做了讨论和展望。

噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)结合了频率调制光谱和腔增强吸收光谱两种技术,是目前探测灵敏度最高的激光吸收光谱技术。首先介绍NICE-OHMS技术的基本原理和实现过程,然后概括其发展现状,重点介绍各个课题组采用的激光源、腔的精细度等关键参数,及其对探测灵敏度的影响,最后提出限制NICE-OHMS技术探测灵敏度的主要因素及其解决方案。

光声光谱（PAS）技术是痕量气体传感领域内十分重要的探测技术, 科研人员正致力于提升光声光谱气体传感技术的性能, 以满足不同的应用需求, 其中通过增强激发光功率来提升探测灵敏度是当前行业内的研究热点, 并已取得了许多突破性进展。介绍了这一重要领域的研究现状, 总结了各类技术手段的工作原理、技术特点以及最新研究成果, 并对其发展趋势进行了分析。

研制了一套可用于探测背景大气SO2和NO2的差分吸收激光雷达系统。该系统利用两台Nd∶YAG激光器的二倍频和三倍频产生532 nm/355 nm的激光, 分别去抽运四台窄线宽的染料激光器, 从而获得测量大气SO2和NO2分布所需的两对激光波长300.05 nm/301.5 nm和446.6 nm/448.1 nm。实验数据表明, 在晴朗的天气条件下, 当空间分辨率为15 m且积分时间为30 min时, 大气SO2和NO2的测量精度分别可达±2.0×10-9和±5.0×10-9, 激光雷达探测的大气SO2和NO2平均浓度与当地气象部门同时间报告的浓度较一致, 显示了差分吸收激光雷达技术监测低浓度SO2和NO2时空分布的能力。

燃烧场组分的测量对于燃烧诊断具有重要的研究意义。基于可调谐激光吸收光谱(TLAS)技术, 采用中红外带间级联激光器(ICL)扫描一氧化碳(CO)的2060 cm-1(v=1←0,P20)吸收谱线, 实现了对燃烧场CO浓度的测量。实验通过燃烧产物H2O的7154.35 cm-1和7467.77 cm-1吸收谱线的谱线强度比值反演燃烧场温度, 以此修正测量环境下CO谱线强度参数, 实现CO浓度的精确测量。首先介绍了TLAS测温验证实验, 温度测量在各个设置温度台阶下的波动均小于45 K, 温度测量具有可靠性; 其次开展CO浓度测量标定实验, CO测量浓度与标准气体浓度的误差在3%以内; 最后针对甲烷/空气平焰炉在不同燃烧状态下进行CO浓度测量, 实现0.35‰~4.5%范围内CO浓度的测量, 检测灵敏度为0.035‰。实验验证了中红外吸收光谱技术实现燃烧场组分浓度测量的可行性和可靠性, 有助于燃烧诊断的研究, 具有较大的应用价值。

深海海域蕴藏着丰富的矿产、能源和生物资源, 具有潜在的巨大经济价值。深海溶解态矿物质是海底热液活动及演化的重要示踪剂。以深海海水中的硫离子为研究对象, 以迷你型高功率发光二极管(LED)作为激发光源,采用全光纤传输方式的设计理念, 结合基于朗伯-比尔定律的全光谱检测方法和化学显色法, 对深海离子矿物质的检测方法开展研究。在数据处理上, 采用自行建立的自适应性Savitzky-Golay滤波算法使光谱信噪比提高3~7倍。结果表明：在1 s时间分辨率和20 mm的有效光程下, 系统的检测灵敏度可达0.1 μmol/L以下, 且在0~32 μmol/L浓度范围内具有良好的线性响应特性(相关度R2>0.99)。

H2S是SF6气体绝缘设备中放电故障诊断的特征组分之一; 针对H₂S在红外波段吸收系数小, 传统光学检测方法对H2S检测灵敏度较低的问题, 结合大功率光纤激光放大技术、共振式激光光声光谱技术、波长调制光谱技术和二次谐波检测技术, 提出了一种基于光纤放大激光光声光谱的SF6分解组分H2S气体的超高灵敏度检测方法; 采用近红外可调谐窄线宽分布反馈激光二极管级联高饱和输出功率掺饵光纤放大器作为光声激发光源, 搭建具有超高灵敏度的激光光声光谱微量H2S气体检测系统。结果表明：当测量时间为100 s时, 该系统对SF6背景中H2S气体的检测极限达到1.5×10-8。

采用波长为1570 nm的激光器分析了天然气背景下的硫化氢气体, 通过自动化配气站产生了体积分数为0~10-4的硫化氢混合气体, 获取了92组稳定状态的光谱数据, 采用极限学习机(ELM)的回归模型反演了硫化氢浓度。把非线性迭代偏最小二乘法引入到光谱预处理中, 利用光谱特征参量与浓度参量建立了回归模型, 采用五折交叉校验的方法对模型进行了评估。测试结果显示, 光谱数据采用特征提取后的预测精度比直接用ELM进行回归的提升了25%, 且模型运算时间由0.12 s缩短到了10 ms以下。特征提取预处理缩短了ELM模型的训练时间, 提高了分析仪的分析精度和实时性。

针对可调谐激光二极管吸收光谱技术, 提出用于对气体吸收信号进行分段快速傅里叶变换提取二次谐波信号的方法, 将该方法与传统正交锁相放大器的谐波信号处理方法进行对比; 利用MATLAB软件模拟产生乙炔气体吸收信号, 分别验证正交锁相放大器和分段快速傅里叶变换算法的功能; 设计基于LabVIEW软件的正交锁相放大器与快速傅里叶变换传感器信号处理平台, 结合近红外1.533 μm的分布反馈激光器以及自主研制的Herriot气室, 建立近红外乙炔气体传感系统; 利用配制的乙炔气体样品开展传感器的标定实验和Allan标准差测试实验。结果表明：两种方法都具有较好的线性拟合优度, 并呈现出相似的稳定性。

与目前广泛应用的532 nm波段的发射波长相比, 采用355 nm波段发射波长进行大气温度观测对分光光谱仪的精度要求更高, 分光光谱仪的线色散率要达到0.1 nm/mm。提出了一种新型高线色散率纯转动拉曼激光雷达分光光谱仪, 通过设计双光栅结构来达到激光雷达纯转动拉曼回波信号分光的目的。利用Zemax软件进行设计, 模拟分析结果显示：间隔0.1 nm的两个相邻光谱在分光光谱仪聚焦镜焦平面处两个相邻谱线中心可以分开1 mm, 满足测温纯转动拉曼分光光谱仪线色散率达到0.1 nm/mm的要求。将实验得到的斯托克斯回波信号强度与理论计算结果进行对比, 验证了纯转动拉曼雷达中应用双光栅光谱仪的可行性。

提出了一种基于受激布里渊散射(SBS)及吸收光谱的橄榄油等级鉴别方法。采用紫外-可见吸收光谱法对不同等级的橄榄油进行检测, 依据所获得光谱吸收峰的数量及位置可以实现各等级橄榄油的初步鉴别与分析。在吸收光谱实验的基础上, 采用SBS光谱法, 通过测量不同温度下各等级橄榄油的SBS光谱, 分析SBS频移随温度的变化。实验结果表明：不同等级橄榄油的布里渊光谱随温度的变化特性一致, 即布里渊频移随温度升高而减小, 但不同等级橄榄油具有其独特的频移特征曲线。通过两种光谱法的结合, 可以有效、快速地鉴别橄榄油等级。