采用532 nm和1064 nm两种波长的激光光源，分别研究了水体中激光诱导空化气泡及其时间演化过程，以及等离子体辐射光谱，详细讨论了激光波长、聚焦透镜焦点位置对空化气泡和光谱强度的影响。研究表明，在相同的实验参数条件下，激光诱导空化气泡均出现了两个周期的膨胀-收缩振荡过程，但1064 nm波长激光产生的空化气泡直径更大、膨胀速度更快，且其激光诱导击穿光谱（LIBS）强度可达到532 nm波长激光的2.3倍。光谱强度、空化气泡大小，以及它们的稳定性与聚焦透镜焦点位置密切相关，焦点位于水面下10~12 mm时，不仅能产生直径更大且相对稳定的空化气泡，还可以将LIBS谱线强度的相对标准偏差由20%降低至13%，稳定性得到提高。

采用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(Dual pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)技术分析铝合金中微量元素含量,详细研究了共线双脉冲光谱信号强度与 双脉冲间时间延迟的关系,最佳延时为8～9 μs。在该延时条件下,双脉冲光谱信号强度比单脉冲光谱 信号强度增强了10倍以上。分别采用双脉冲激光诱导击穿光谱和单脉冲激光诱导击穿光谱(Single-pulse laser induced breakdown spectroscopy, SP-LIBS)技术,得到了以Cu I 324.75 nm, Cr I 425.43 nm 谱线为分析线 的定标曲线。与采用单脉冲激光诱导击穿光谱技术相比,铝合金中 Cu和 Cr的检测极限分别由单脉冲时的169.5 和94.5 μg/g降低至双脉冲时的21.46 和4.26 μg/g。

使用两台波长为1064 nm的Nd∶YAG调Q激光器,对BaCl2溶液样品开展水下单脉冲与正交双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)实验,系统地探究了各关键实验参数对水下单脉冲LIBS(SP-LIBS)及双脉冲LIBS(DP-LIBS)光谱特性和信号增强的影响。当采集延时为500~900 ns时,谱线的信噪比很高,有利于进行光谱的采集与分析,可称之为水下DP-LIBS探测的时间窗口。对两束激光焦点的相对位置以及激光能量进行优化,在优化的实验条件下观察到DP-LIBS的谱线强度(Ba Ⅱ 455.4 nm)是SP-LIBS的最大谱线强度的20倍,同时谱线展宽变窄,光谱信号持续时间更长。在双脉冲实验中,谱线强度随着第二束激光能量的增加呈指数增长,这与在液体表面进行的共线DP-LIBS实验中所观察到的线性增长不同,这种增长趋势上的不同可能与等离子体所处的气体环境条件有关。最后,对水下SP-LIBS及DP-LIBS的检测能力进行了比较,结果表明,DP-LIBS的检测灵敏度比SP-LIBS提高了37倍,检测限从单脉冲的31.35×10 -6下降到1.78×10 -6。

为提高激光诱导击穿光谱技术对土壤元素检测的精度,建立了相关向量机土壤元素定量分析模型,并将该模型与已有的支持向量机模型和最小二乘支持向量机模型进行对比分析。以土壤元素Ni的4条特征谱线作为分析线,对其进行全谱归一化处理后,利用训练样品集建立相关向量机、支持向量机和最小二乘支持向量机模型。测试样品集的测试结果表明:在模型预测精度方面,支持向量机模型比另两种模型方法差;在稳定性方面,最小二乘支持向量机模型比另两种模型差。在实际应用中,相关向量机模型在稳定性及预测精度上的优势使其比另两个模型更适合用于激光诱导击穿光谱技术的定量分析中。

采用两台波长1064 nm的调Q脉冲Nd∶YAG激光器和多通道小型光纤光栅光谱仪，建立了一套共线双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置。与单脉冲激光诱导技术相比，在最佳双脉冲时间延时8 μs时，Mn I 403.07 nm 和 Cr I 425.43 nm 的光谱强度分别增加了14.3倍和17.2倍，以这两条谱线为分析线，铝合金中 Mn 和 Cr的检测限分别由单脉冲时的73和94.5 μg/g降低至双脉冲时的3.76和4.26 μg/g，检测灵敏度提高了约20倍。

采用波长1064 nm的调Q脉冲Nd:YAG激光器和多通道小型光纤光栅光谱仪,搭建了一套激光诱导击穿光谱分析系统。选择土壤中常 见元素AlⅡ(422.68 nm)作为分析线,详细研究激光能量和采样延迟对激光诱导土壤等离子体光谱特性的影响。在相同激光能量下,随着 采样延迟时间增加,信号强度、背景强度、噪声都将减弱,而信噪比则呈现先增大后减小的趋势;在相同采样延迟时间下,增加激光能量, 信号强度、噪声也将增强,而背景强度和信噪比的变化则呈现先增加后减小的趋势。对于某一特定的激光能量, 存在一个与之相对应的 最佳采样延迟时间,随着激光能量增加,最佳延迟时间也会增大。综合考虑采样延迟时间和激光能量对激光诱导等离子体光 谱信噪比的影响,给出了系统的最优化工作参数是激光能量120 mJ、最佳采样延迟时间1.5 μs。

以外腔式可调谐、 窄线宽近红外半导体激光为光源, 以一对曲率半径r=1 000 mm的宽带高反射率平凹镜(反射率R=99.97%)构成的腔长为650 mm的对称高精度光学稳定腔, 建立了腔增强吸收光谱系统。详细研究了纯净N2O气体、 以及N2O和N2的混合气体在不同浓度和不同气压下、 中心波长位于6 561.39 cm-1的腔增强吸收光谱、 光谱强度和谱线宽度, 该腔增强吸收光谱系统的有效吸收光程可达1 460 km。获得了光谱线宽与气体压强的关系曲线, 导出了波数6 561.39 cm-1处N2对N2O的压力展宽系数为(0.114±0.004)cm-1·atm-1。采用该腔增强吸收光谱系统, 开展了N2O气体检测研究, 建立可用于定量检测的N2O气体腔增强吸收光谱强度与气体浓度关系曲线, 获得了2.34×10-7cm-1的检测灵敏度, 多次重复测量的相对标准偏差(RSD)为1.73%, 在微量N2O气体检测中具有很好的应用前景。

基于离轴腔增强光谱检测技术，以可调谐近红外半导体激光器作激光光源，以反射率为99.97%平凹镜组成的光学谐振腔作吸收池，建立了高灵敏度离轴腔增强光谱污染气体检测系统，获得了N2O气体在6 561.39 cm-1的吸收光谱.通过对不同浓度N2O样品气体吸收光谱测量，建立了气体浓度与光谱线强度的关系，讨论了气体压强与光谱线宽、检测灵敏度等问题.研究结果表明，离轴腔增强光谱检测技术的检测极限达到了86 ppm, 是一种设备成本低、操作方便、灵敏度较高、稳定性良好的吸收光谱技术，可以很好地实现微量气体的快速检测.

基于周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体和准相位匹配的连续波光学参变振荡器可以在3μm～5μm中红外波段产生连续可调谐相干辐射, 在大气环境污染监测、遥感、激光雷达、光谱分析以及**红外对抗等领域具有很高的应用价值。介绍了基于PPLN晶体的中红外连续波光参变振荡器近年来在高功率、低抽运阈值、宽调谐、窄线宽等方面的研究进展, 并对基于PPLN晶体的连续波光学参变振荡器的优势特点及其涉及的一些技术方法展开讨论。目前基于PPLN的中红外连续光学参变振荡器的研究主要集中在上述4个领域, 随着抽运光源性能及非线性晶体制备水平不断提高, 将向着更高功率、更低阈值、更宽调谐范围、更窄线宽的方向迈进。