With the progress of the laser manufacturing technology, trace gas sensors based on tunable interband cascade lasers (ICLs) and quantum cascade lasers (QCLs) have been widely used to detect organic compounds with high sensitivity. Compared with overtone and combination bands in the near infrared region, for many species, the intensities of fundamental rotational-vibrational absorption bands in the mid-infrared region are much stronger. In this paper, we demonstrate an ethanol sensor using a room-temperature continuous-wave (CW) tunable ICL laser as a light source to detect ethanol vapor concentration with high sensitivity. Combined with the first harmonic (1f) normalized second harmonic (2f) wavelength modulation spectroscopy (WMS) technology, the characteristics of the harmonics of the system are analyzed, and the amplitude of the first harmonic decrease with an increased concentration of ethanol has been demonstrated both theoretically and experimentally. As a result, a detection limitation of 28 ppb is achieved.

为了实现对生物分子间相互作用过程的实时、灵敏、快速监测, 获得生物分子的有无、浓度与相互作用的动力学参数信息, 本文设计了基于光纤生物传感器的生物亲和性检测方法。首先, 针对光干涉生物亲和性传感检测系统的光学传输系统“Y”型分叉光纤与光纤探针之间的耦合问题, 提出了自聚焦透镜与石英光纤耦合结构, 该耦合结构偏心公差能够达到002 mm, 倾斜公差能够达到01°; 针对干涉光谱信号的高频噪声问题, 采用一种改进的经验模态分解干涉光谱信号处理方法, 有效避免了干涉光谱曲线滤波处理后极值点位置的偏移; 同时采用局部拟合极值点计算生物分子膜层厚度的方法, 将生物分子膜层厚度的分辨率提高到50 pm。利用所搭建的光干涉生物亲和性检测系统, 建立了HER3-IgG1抗体药物利用金纳米粒子进行信号放大, 实现对其浓度进行定量检测的新方法, 检测过程中无需清洗, 不产生交叉污染。实验结果表明: 系统检测限能达到0082 6 μg/mL, 该系统具有检测时间短, 测量准确、精度高、成本低廉等特点, 能够应用于药代动力学研究中。

为了对石油气挥发性有机化合物的主要成分进行实时监测, 实现石油化工行业的安全生产, 采用激光光谱分析技术、利用宽谱光源分析了丙烷在1686.00nm~1687.00nm波段的光谱吸收特征, 获得了吸收系数随波长变化的洛伦兹线型, 其半峰半宽为0.21nm。选择中心波长为1686.30nm的分布反馈式半导体激光器作为光源, 在丙烷宽谱吸收峰范围内进行波长扫描, 得到了一次谐波信号和二次谐波信号随丙烷体积分数的变化规律, 并在丙烷的体积分数0.0050~0.0300范围内标定了二次谐波与一次谐波信号的比值与体积分数的线性关系。结果表明, 实验系统有很好的稳定性与重复性, 能够进行实时的丙烷在线检测。该研究为探测其它挥发性有机化合物气体提供了理论及实验参考。

研究了基于四分之一波片-复合双折射光楔-偏振片空间调制结构的定标方法, 并给出了相应的光谱、辐射定标方程。基于结构的偏振调制原理, 提出了线性最小二乘偏振定标方法。仿真分析表明, 该定标方法对于调制结构偏振调制系数的定标精度要比传统的四点法更高, 最小二乘定标法得到的调制系数与真实调制系数间的偏差波动在整个调制周期内约为2×10-4, 且呈随机分布。

基于四分之一波片-复合双折射光楔-偏振片的空间偏振调制结构, 提出了四光束校正方法, 对四分之一波片延迟量误差进行校正, 从而达到提高线偏振测量精度的目的; 利用计算机仿真手段, 研究了待测目标圆偏振参量变化时, 线偏振参量测量结果的变化情况以及相应的测量精度水平。仿真结果表明: 当待测目标的线偏振度、圆偏振度分别在0.1~0.2、0~0.2随机波动时, 延迟校正后的斯托克斯参量Qi、Ui以及线偏振度的测量精度优于10-3, Ui以及线偏振度的测量精度比延迟校正前提高了约14倍。

土壤微生物对小分子有机氮的直接吸收和利用是目前微生物氮素营养研究的新方向。 本研究通过气相色谱-质谱（GC-MS）对双标记氨基酸（13C, 15N）的测定技术探讨土壤微生物对有机氮分子的直接吸收和利用。 结果表明： 加入土壤中的甘氨酸被微生物迅速利用, 半衰期为2.9　h。 培养4　h后在微生物体内检测到最大量的双标记甘氨酸（相当于甘氨酸加入量的10%）, 说明甘氨酸可以被微生物以完整分子形式所吸收。 通过此手段也可检测到土壤溶液和微生物体内的单标记ａ-酮酸（双标记甘氨酸分解后的产物）, 但含量极少, 说明加入的甘氨酸主要向微生物提供C源供其生命活动。 本研究证明专性化合物同位素双标记手段结合氯仿熏蒸技术是检测微生物吸收小分子有机氮的有效手段。Technique

传统激光雷达系统中，固态激光光源的重复频率和扫描系统的扫描带宽、精度均制约着系统成像。为提高激光雷达的成像精度，首先，在激光光源上采用经EDFA放大后的DFB高重频激光光源。其次，提出了一种PZT与振镜相结合的两级复合式激光扫描方法，利用PZT对小视场范围进行精细扫描，利用振镜对PZT的扫描视场和接收视场进行偏转完成粗扫描，在提高激光雷达扫描精度的同时拥有较大的扫描视场。最后，经试验所设计的复合式扫描激光雷达的方位角为±99 mrad，俯仰角为±49.5 mrad，角分辨率达到0.1 mrad，测距精度达到0.159 m。

针对细胞工厂监控系统长工作距和大倾斜角的观测需求, 设计了一种结构简单、成像清晰的光学显微成像系统.由于获得的细胞图像光照和色彩不均、样本浑浊、细胞重叠、边界粘连较多、细胞间距不明显, 采用单尺度Retinex算法进行图像预处理, 并结合Otsu阈值分割法与K均值聚类法进行细胞图像分割处理, 最后应用改进的快速连通区域标记以及高准确度细胞计数方法进行细胞个数统计.仿真实验和实际测试结果表明: 该系统成像分辨率和清晰度均达到工程需求, 能够较清晰地辨识出培养皿中细胞的形态和分布情况.细胞显微图像处理方法取得了良好的图像增强效果, 弱化了由光照不均和样本浑浊造成的人眼视觉无法清晰分辨细胞的现象, 消除了由于图像分割不到位造成统计误差, 细胞计数准确度达到95%以上.该方法适合多种类型细胞监测与计数处理, 可满足细胞工厂实时准确监控的要求.

波分复用无源光网络(WDM-PON)被认为是有前途的宽带接入网技术。随着网络架构复杂度的不断增加和规模的不断扩大，为了保证网络接入的可靠性和可维护性，对于高质量可靠的系统，WDM-PON 物理层的监测问题至关重要。波长可调谐光时域反射计(OTDR)是WDM-PON 光纤链路监测中最为有效的方式，但是由于WDMPON光纤链路结构复杂度的提升，它也面临许多挑战。通过分析WDM-PON 的结构特点和监测需求，介绍了目前主要的基于波长可调谐OTDR 的研究进展以及其他技术在波长可调谐OTDR 中的应用。

通过理论推导，给出了1/4波片复合双折射光楔偏振片型空间调制结构的误差矩阵，并在空间调制相位为0及0.5π的位置分别计算了理想像面光强受器件误差的影响程度。1/4波片的延迟量误差是将入射光斯托克斯参量的V分量引入调制光强中的主要原因，在调制相位为0.5π的位置，当延迟量误差为0.02π时，其调制系数为0.0314。在给定的器件误差范围内，入射斯托克斯参量具有同样的Q、U分量时，V=0.2会使得U分量测量偏差控制在0.45%内的概率从V=0时的80%左右下降到6%。利用计算机仿真分析得到了线偏振度测量偏差随入射条件的变化，在所有误差取误差范围内的最大值且入射光的V分量小于0.04时，在仪器未定标的条件下，线偏振度的相对测量偏差可以控制在0.5%以内。