脉冲激光由于具有峰值功率高、脉冲宽度窄等特点，在激光致声、激光焊接等领域中得到了广泛应用。使用特殊波形的脉冲激光，可获得比单脉冲高斯激光更加优异的应用效果，因此脉冲激光波形调节方法具有重要的应用价值。针对这一需求，提出并实验验证了一种基于分光延时的脉冲激光波形调节方法。首先对脉冲激光分光延时叠加原理进行了理论分析，设计出基于两次分光的四脉冲分光延时叠加光路，确定了产生矩形、三角形、驼峰形和双峰形脉冲激光所需的分光比与延时。然后搭建了一套基于Nd∶YAG脉冲激光器的二倍频532 nm激光的四脉冲分光延时叠加实验装置，成功获得了矩形、三角形、驼峰形和双峰形等特殊波形的脉冲激光。

工业烟囱及船舶尾气中SO2气体排放是造成大气污染的重要因素。 SO2容易被氧化生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶, 产生酸雨, 严重危害大气生态环境平衡及人类健康。 现有的SO2光学遥感测量技术, 如拉曼散射激光雷达、 差分吸收激光雷达 (DIAL)、 傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)、 紫外差分吸收光谱(DOAS)、 高分辨光谱成像等, 难以兼顾气体污染监测对高时间分辨率、 高空间分辨率以及便携机动等应用需求。 近年来, 紫外SO2相机成像探测因探测精度高、 实用性强得到迅速发展, 该技术时间分辨率高、 空间分辨力强, 能从解析图像中直观在线获取污染气体浓度在空间的二维分布及随时间的排放率, 对于监测环境污染有重要作用。 基于紫外SO2相机成像探测技术, 围绕SO2柱浓度探测的测量原理及影响因素、 仪器设计及实验方法、 反演算法及结果比对等方面开展研究。 取得的成果主要有: (1)利用窄带滤光片的窄波窗口, 用紫外相机测量310 nm附近的SO2紫外吸收, 建立了紫外成像遥感监测理论模型, 介绍了紫外成像遥感检测获取SO2浓度图像的测量原理; (2)将滤光片放置镜头前后, 讨论了不同入射角对滤光片中心波长及透过率曲线的影响, 发现滤光片放置镜头后, 相机系统对SO2的灵敏度受入射角影响更小, 对SO2浓度图像的反演误差更小; (3)分析了太阳高度角对SO2浓度图像反演的影响, 阐明了SO2浓度反演曲线实时校准的不可或缺性; (4)通过理论分析设计出了紫外成像遥感探测装置, 开展了基于紫外成像遥感监测SO2气体排放的实验研究, 通过2-IM法拟合出了人工天空背景, 获得了SO2光学厚度图像, 利用标准泡进行校准, 反演出了SO2浓度图像; (5)采用DOAS技术对SO2气体排放进行监测, 与紫外成像遥感获得的SO2浓度进行对比表明, 两方法实验结果所计算得到的浓度信息趋势相一致, 从而证明紫外成像遥感监测技术测量结果的准确性, 同时展现了该技术在工厂烟囱及船舶尾气污染排放遥感监测中的巨大应用前景。

激光雷达为了探测更高大气层段的回波信息，通常采用大功率激光器发射和大口径望远镜接收来增加回波信号强度，然而会带来低空强散射回波信号光饱和的问题。机械斩波方式从光学上巧妙地完全阻断了低空杂散光，而让高空回波光全部通过，有效提高了激光雷达高空探测能力。对斩波器原理进行理论分析，并组建了一套斩波单元。经测试，测试结果与理论计算符合得很好。将此斩波单元直接运用于高空探测激光雷达之中，实现了对低空强散射光的有效隔离，解决了光电探测器在低空大气层段探测的饱和甚至致盲问题，有利于提高激光雷达的探测高度和精度。

大气气溶胶中的重金属成分对人类健康有严重的危害,有必要对其进行控制和检测。 利用自行搭建的一套激光击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,简称LIBS)大气气溶胶监测系统,对中南民族大学电信学院楼顶处的气溶胶 进行了为期一个月的探测研究,获得了这一个月中PM10的分布和Be元素谱线强度的分布, 通过对烟花爆竹燃烧产生的烟雾进行探测,获得了多种重金属元素的LIBS光谱图。通过对 光谱图的定性分析表明,该技术能够同时检测大气气溶胶中重金属成分。配置含Cd、Sr、Na、 Pb不同浓度的大气样品进行了定标实验,结果表明这些元素的谱线强度与其元素浓度有很好的线性关系, 其线性拟合相关度均大于0.94。这些研究结果有效表明该技术能用于大气气溶胶中多种重金属成分的同 时探测,为大气气溶胶中重金属成分的实时在线检测提供了一种新的方法。

在许多光电系统中,如激光雷达、激光通信、光电探测等,对其 滤光和鉴频的能力提出了越来越高的要求。 采用传统的光学高分辨技术满足这些应用要求,存在高光谱分辨率与系统稳定性、技术复杂性、 甚至成本的矛盾,而采用基于原子跃迁的高分辨光学技术(即原子滤光技术),可以在很大程度上缓解这一矛盾。 在光电系统接收端采用原子滤光技术后,在其发射端也必须采用同种原子的同种跃迁控制激光波长, 从而构成了原子控制的光学信道。介绍了原子控制光学信道的作用、原理、构成,以及几种采用 原子控制信道进行高分辨率滤光和高精度鉴频的光电系统。

为了实时探测离子土固化剂（ISS）在固土过程中的阳离子交换量（CEC），采用激光击穿光谱技术（LIBS），对ISS处理后的土壤溶液中的K、Ca、Na、Mg、Al、Si这6种离子含量进行探测。分别对由不同配比（1∶100、1∶200和1∶300）的ISS处理过的高岭土、膨胀土、红粘土等5种标准土壤进行了研究，结果表明：同一土壤中的各种离子随ISS配比的变化趋势各不相同；不同土壤与ISS作用的效果各不相同；ISS的配比并非越高越好。这些工作为ISS固化机理的研究提供实验依据，而利用激光击穿光谱技术进行探测的方式为ISS固化机理的研究提供了新的思路。

采用激光击穿光谱(LIBS)技术对土壤中的Cd元素进行了定性和定量的研究, 对相关的实验参数进行了系统研究, 得出聚焦透镜焦点在样品表面内2 mm, 累计次数为20 次时, 可以得到很好的实验效果与谱线强度。对样品表面通入保护气体氩气, 发现在通氩气的情况下, 光谱强度明显强于未通氩气时, 相对标准偏差减小, 稳定性得到提高。通过调整好的实验参数进行实验得到了Cd的定标曲线, 其线性拟合度R＝0.991 55, 检测限为59 μg/g。这些实验结果为土壤中重金属元素实时在线检测设备的研发提供了依据。

激光击穿光谱(LIBS)是一种新的多元素同时探测的技术, 但是光谱的采集时间、延时、门宽、等参数是影响将该技术推向实用化过程中的重要因素。本文利用 LIBS技术对水溶液样品中的金属元素进行了时间演化研究, 并通过对 Al、Cd、Cu、Fe、Pb、 Zn等五种元素的连续背景和采集时段对信噪比的影响分析, 得到了这些元素的连续背景光谱强度只由实验条件决定, 并且在同一个波长位置上的背景光谱强度不受元素种类和浓度的影响; 采用相对较晚的采集延迟时间及相对较宽的采集门宽可以增加 LIBS技术的检测能力, 得到更低的检测限。实验所得的结果为探测工业废水中金属元素的含量的应用研究提供依据。

利用搭建的一套激光击穿光谱测量土壤样品的实验系统，对三峡坝区香溪河段八字门滑坡滑带土壤进行了探测研究。在同一纬度不同海拔高度选取了5个地点采取了土壤样品，对5个样品进行了实验测量，得到了这些土壤样品的光谱图,并对其中的Mg，Al，Si，K等元素进行了定性和定量分析。结果表明，这些元素随着海拔的降低，其含量也逐渐降低。