已知不同的激光参数组合可在不锈钢表面产生同种颜色，为探究参数和颜色之间的确定性关系，选用波长为1064 nm、最大输出功率为20 W的主控振荡器功率放大器（MOPA）光纤激光器进行实验研究，通过分光光度计对彩色样品的色彩、可见光谱进行采集分析，利用扫描电子显微镜对彩色样品的氧化膜厚度和表面形貌进行测量。结果表明，激光扫描速度、激光重复频率和激光功率按比例同时改变，可在不锈钢表面产生极其相似的色彩和氧化膜。该研究对激光彩色打标的实际应用具有较大的指导意义。

防晒霜作为常见半流体物质，利用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术直接烧蚀并检测很难得到较好的效果，为此采用薄膜制样的方法对防晒霜样品进行预处理。探讨了薄膜厚度和基底材料种类对光谱信号的影响，确定了LIBS检测的最优实验条件。在最优条件下检测，经线性拟合计算得到Cd元素的检测限为2.17 μg·g^-1，此检测限已达到了国家规范要求。实验结果证明了LIBS技术可用于防晒霜中重金属元素定量分析，这为化妆品中重金属元素检测提供了依据。

利用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)结合广义回归神经网络(GRNN)算法对不同类别的日用陶瓷进行了分类识别。首先采集了不同产地的日用陶瓷样品的LIBS光谱数据，再筛选出陶瓷坯体主要元素的特征谱线，建立了GRNN分类模型。结果显示，对LIBS光谱进行有效数据的提取能够大大增加建模效率，平均建模时间从改进前的16.31 s缩短至0.36 s。为了优化分类模型的性能，对光谱数据进行了归一化处理，再利用马氏距离筛除了异常光谱，结合主成分分析(PCA)进行了数据降维，在保证模型效率的情况下，测试集单次预测正确率可以达到100%，平均预测正确率为99.74%。实验结果表明，LIBS技术结合GRNN分类算法能够实现日用陶瓷的有效分类。

激光诱导击穿光谱（LIBS）结合传统的压片制样方法用于检测大米中镉（Cd）含量的灵敏度较低，为此提出使用薄膜制样的方法来提高LIBS检测大米Cd含量的灵敏度。通过在载玻片上刮涂大米悬浮液，制备了大米薄膜样品，探讨了薄膜制样在提高大米Cd含量检测灵敏度与准确度方面的可行性。分别在压片样品和薄膜样品上，对光谱仪延时时间和激光能量做了优化，分析了最佳激光能量不一致的原因。优化实验条件后，对比了压片样品和薄膜样品的LIBS光谱差异，通过实验分析了薄膜增强的原理。相较于传统的压片制样，薄膜制样的Cd谱线强度提高了5~7倍，检测限降低了1/9。薄膜制样的方法改善了LIBS技术检测大米中Cd含量的能力。

偏振分辨激光诱导击穿光谱（PRLIBS）以其低成本压制背景的特点在LIBS降低检测限上有着重要意义, 但是理论上的争议和信背比改善效果不稳定限制了其应用前景。 为深入分析等离子体产生偏振特性的原理和PRLIBS信背比的改善效果, 采用1 064 nm纳秒脉冲激光器和光纤光谱仪对铝铁合金样品进行了偏振分辨LIBS的信背比改善效果及偏振原理的探索性实验。 通过对辐射能量的估算, 大胆地推测轫致辐射在背景辐射中的占比是由大变小的, 并据此解释了背景辐射强度在时间上的变化。 通过改变能量密度、 检偏角度、 探测角、 延时时间、 积分时间等因素, 采集光谱强度和波长数据、 计算偏振度和信背比, 观察到铝铁合金的等离子体光谱中背景谱和分立谱均有偏振且存在偏振度和偏振方向的差异, 发现偏振LIBS改善信背比的效果与实验参数包括能量密度、 延时时间、 检偏角度以及波长有关。 PRLIBS信背比关于能量密度的变化与一般LIBS类似, 在能量较大时会趋于饱和。 检偏角度会影响信背比大小, 与光谱的偏振方向和偏振度有关, 推导了信背比改善效果关于偏振度、 检偏角度、 偏振方向夹角的公式。 在波长上连续谱偏振度趋势较为稳定而分立谱偏振度随光谱强度增大而减小。 随延时时间增加, 偏振度变化不明显, 原因是相比于积分时间延时的改变量很小, 而信背比的变化趋势与无偏振LIBS一致。 总结了国内外对PRLIBS机理具有代表性的解释并进行了讨论, 排除了激光光场、 菲涅尔反射、 各向异性电子速度分布等因素对等离子体偏振特性的决定性作用。 研究结论是在ns-LIBS实验中, 复合辐射在可见光和紫外光范围内占背景辐射的大部分, 其偏振特性主要源于等离子体复合阶段产生的各向异性复合过程, 原子谱偏振特性可能源于该过程中受激原子的磁性支能级间数量的不平衡, 而背景谱与原子谱的偏振度及偏振方向的差异主要取决于偏振特性产生机理的不同。 研究发现, PRLIBS并不总能提升元素的信背比, 尤其对弱光谱信号改善效果有限, 要获得较好的压制背景的效果, 可以对PRLIBS的能量密度、 检偏角度、 延时与积分时间等条件加以控制, 在能量密度20 J·cm-2积分时间30 μs检偏角度20°下FeⅠ407.12 nm处的信背比由4.86提升至12.97。 偏振度与探测角相关性较小, 原因可能是导体的菲涅尔反射效应很弱。 研究结果对PRLIBS的原理研究和应用提供了有效的理论基础。

燃煤热值是煤质分析的一个重要指标,采用纳秒和飞秒以及双脉冲激光诱导击穿光谱技术对18个含有不同热值的标准煤样进行热值定量分析。对比分析了纳秒和飞秒等离子体光谱的差异,结果表明飞秒等离子体光谱较纳秒等离子体光谱具有更小的连续背景噪声,信噪比更低,谱线强度的相对标准偏差更小,稳定性更高,无需对光谱进行基线校正即可获得较高的元素含量线性拟合度,但存在光谱强度较弱的缺点。搭建了一套以飞秒激光器作为光谱激发源,以纳秒激光作为加热源的双脉冲激光诱导击穿光谱系统,通过实验证明了双脉冲激光诱导击穿光谱技术可以大幅增强谱线强度。最后分别将纳秒、飞秒以及双脉冲激光诱导击穿光谱技术与偏最小二乘法结合,对煤样的热值进行定量分析,定标曲线拟合度(R2)分别为0.9553、0.9897、0.9964,说明双脉冲激光诱导击穿光谱技术可以有效提高燃煤热值的定量分析精度。

利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术,对油漆涂层中的重金属Pb进行定量检测研究。优化实验参数后,利用多通道光谱仪采集油漆涂层308~417 nm范围内的等离子光谱,为了得到精确的定量结果,对油漆涂层的Pb分别进行单变量分析、多元线性回归分析以及竞争自适应再加权采样-偏最小二乘(CARS-PLS)分析。结果表明,CARS-PLS分析模型的定量结果最准确,校正集的决定系数为0.991,预测样品4#、7#的预测相对误差分别为1.4%、1.5%;CARS变量筛选方法能够从光谱中有效筛选出与Pb相关的重要信息,能够结合PLS准确检测油漆涂层中的Pb。

提出了一种基于法布里-珀罗干涉的方法用于原子力显微镜微悬臂偏移量的检测.设计了一个球面反射镜与微悬臂组成的半球面布里-珀罗腔, 并利用高单色性的激光器作为光源, 激光光束在半球面布里-珀罗腔中多次反射并原路返回形成干涉.根据多光束干涉原理确定干涉光强与腔长之间的关系, 利用强度解调的方法计算微悬臂的偏移量并反馈给原子力显微镜系统.最后根据该方案搭建一套微悬臂偏移检测系统, 实验获得30 nm的工作范围内99.9%的线性拟合度, 微悬臂最小位移分辨力为0.26 nm, 实验结果和理论分析一致, 证明了该系统的实用性.

因光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的干涉光信号频谱具有稀疏性, 求解腔长时, 传统的快速傅里叶变换(FFT)算法需要计算整个频率范围内的频谱成分, 计算速度较慢。稀疏快速傅里叶变换(SFFT)算法只需计算干涉光信号的主要频谱成分, 通过频谱重排、窗函数滤波、频域降采样, 以及循环定位与估值, 能快速地计算出信号频谱中K个极大的傅里叶系数, 从中找出腔长对应的频率, 解调出腔长。该算法结构简单, 时间复杂度低。通过分析光纤F-P传感器腔长解调系统的实际干涉光信号, 验证解调结果的准确性, 以及相比FFT算法的高效性。因此, SFFT算法适用于对光纤F-P传感器腔长进行在线实时解调, 以实时测量物理量。

提出了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)产生高阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的方法。利用半波片和偏振分光棱镜组合调节支路光束振幅, 搭配常用的两个半波片组调节合成光束的相位, 进而生成并变换矢量涡旋光束, 优化了传统的实验光路, 降低了光束能量损耗, 利用1/4波片实现不同高阶庞加莱球上矢量涡旋光束的变换。与现有的基于马赫-曾德尔干涉仪矢量光束生成方法比较, 该光路结构简单, 光束转换效率提高。在理论上, 通过琼斯矩阵计算, 在拓扑荷数为m=±1高阶庞加莱球上得到了各矢量涡旋光束的偏振态。根据该方法搭建了一套矢量涡旋光束产生的实验光路, 实验结果与理论分析一致, 证明了这种方法的实用性。