利用单通道恒温热线仪获取采样频率为4000 Hz的风速脉动数据,得到包括含能区、惯性子区以及耗散区的完整风速脉动功率谱。基于功率谱分析法得到近地面大气风速湍流内尺度和湍流动能耗散率随时间的变化规律,分析湍流内尺度和湍流动能耗散率与大气稳定度的相关性,并与三维超声风速计的测量结果进行比较。结果表明:近地面湍流动能耗散率在10 ^-4~10 ^-1 m ²/s ³之间,内尺度在10 ^-3~ 10 ^-2 m之间;当大气处于稳定条件时,湍流平均动能耗散率为0.0146 m ²/s ³,平均内尺度为0.0089 m;当大气处于不稳定条件时,湍流平均动能耗散率为0.0592 m ²/s ³,平均内尺度为0.0077 m。由于功率谱分析法是直接测量湍流内尺度,因此计算的内尺度最为准确。

利用自行研制的湍流气象探空仪,对西藏拉萨的温度、风速、风向等常规气象参数廓线和 Cn2廓线进行探测。分析了湍流强度和常规气象参数随高度的变化趋势。比较了夜晚和早晨的湍流特征,发现8~15 km处两者均出现强湍流层,且8 km以上早晨的湍流强度大于夜晚的湍流强度。同时基于Hufnagel-Vally 5/7模式,利用探空数据拟合得到符合拉萨湍流特征的拉萨 Cn2经验模式。对此经验模式进行统计分析,结果进一步证明拉萨 Cn2经验模式能有效估算拉萨的湍流强度。最后,将拉萨与高美谷的探空数据进行对比分析,发现拉萨的风速较小对天文观测有利,但湍流强度较强对天文观测有一定影响。该研究为后续拉萨湍流廓线和天文台选址的研究提供了参考,并为光电工程的应用提供了技术支持。

为了实现对荧光免疫层析试条浓度的定量测量，设计了一种荧光免疫层析试条成像检测系统。采用365 nm紫外线发光二极管(LED)作为激发光源，通过手持式变倍显微镜相机采集免疫层析试条的荧光图像。根据试条图像荧光检测线和质控线区域位置相对固定的特性，使用最大类间方差遗传算法对图像进行分割，并通过对荧光区域进行定位来去除背景噪声；然后对分割出的荧光图像进行背景滤除，计算出检测线和质控线的灰度值；最后计算荧光区域的特征值，实现对荧光试条浓度的定量检测。实验证明，荧光免疫层析试条成像检测系统的重复性好，5种不同浓度的荧光试条各进行10次重复性检测，检测结果的变异系数均小于0.5%，拟合出的标准曲线的拟合程度可达0.99944，实现了快速定量化检测。

根据Czerny-Turner结构光谱仪工作原理, 以便携式微型光学系统为设计目标, 设计了一种光谱范围为200~900 nm的交叉非对称型Czerny-Turner光谱仪光学系统.通过分辨率、光谱范围等设计要求确定光谱仪大致结构后, 引入初级像差对初始结构进行进一步优化.首次提出将球差约束条件与光阑面选取相结合, 设计流程确定准直镜通光口径、光栅初始尺寸及聚焦镜中心波长对应口径, 继而结合彗差约束条件, 确定球面镜离轴角, 并基于几何光学确定聚焦镜初始通光口径的方法.利用ZEMAX软件对初始参量进行模拟优化, 并采用自主研制的样机进行光谱测量, 分析结果表明, 该光学系统能够在狭缝宽度为25 μm, 光栅常数为1.667 μm/line条件下, 实现中心波长分辨率优于1 nm, 边缘波长分辨率优于1.5 nm.

精确地测量增益及读出噪声对微型光谱仪性能评价及光谱数据处理十分重要。基于微型光谱仪的噪声原理, 推导出输出信号与噪声的函数关系, 从而提出了一种测量微型光谱仪增益及读出噪声的方法, 并以此搭建了测量系统。对自主研制的微型光谱仪进行了测量, 得到其增益为2.02 e－/ADU, 读出噪声为68.92 e－。与光子转移曲线法和暗光谱法测得的实验数据进行对比, 进一步验证了该方法的可行性和有效性。该方法理论推导过程严谨, 操作过程简单, 可广泛应用于各型号微型光谱仪增益及读出噪声的测量。