详细介绍利用激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS）进行煤中碳（C）元素含量定量分析的技术和手段。 通过对光谱数据进行积分、 归一化、 筛选等处理, 克服了由于激光源能量起伏、 自吸收及样品表面粗糙度等因素引起分析精度差的缺点。 该方法已应用到激光煤质在线分析仪中并取得了满意的分析结果, 对煤粉中C元素含量分析的标准偏差不大于1.6%, 其方法同样可用于煤中其他元素的分析。

由电光调制器（EOM）中双折射效应及线偏光不完全沿EOM调制方向诱发的残余幅度调制(RAM)使频率调制（FM）光谱技术在微量气体检测中的应用受到极大的限制。 基于光场与晶体相互作用及光学干涉原理推导出存在RAM时FM光谱的线型表达式, 确定出输入线偏光角度、 EOM中双折射效应、 FM系数等是影响线型的主要因素, 且当入射EOM光的偏振角度偏离调制方向越大, 双折射效应引起的特征偏振方向相位差越大, 线型扭曲越严重; 同时在FM色散光谱中存在一个受两者影响的直流偏置; 最后给出通过伺服控制这两过程可以达到抑制RAM的目的。 这些现象及线型的分析将为基于光纤器件的FM光谱提供必要的理论支持。

双波长外腔共振是提高和频转换效率的有效手段,然而基于Boyd-Kleinman(BK)理论,和频效率除了受基频光功率密度影响外,主要受BK因子限制。本文通过分析BK因子随腔结构参数的变化关系,给出基于外腔频率转换过程中BK因子优化的一般方案,从而为搭建相关实验提供必要的理论基础。

介绍了自主开发的LIBS谱线识别软件， 基于LabVIEW虚拟仪器开发平台， 利用二次微商和阈值判定对LIBS谱数据进行降噪、 寻峰， 并通过参考NIST原子光谱数据库， 确定了多种常见元素的特征波长， 可以自动识别元素谱线， 实现了对样品所含元素种类的定性分析。 该软件系统定性分析元素简单、 快捷， 具有一定的实用性及推广价值。

频率调制(FM)光谱技术中由于激光偏振态变化产生的残余幅度调制(RAM)使其在微量气体检测中的应用受到极大的限制。理论上详细分析了这一过程产生的原因，获得了存在RAM时FM光谱线型的表达式，同时给出N.C.Wong和J.L.Hall(W-H)方案抑制RAM后的FM光谱线型表达式；在实验上通过对乙炔气体的测量获得了存在RAM时的光谱线型，同时采用W-H方案对RAM进行了抑制，并获得了优化的光谱线型；最后基于理论结果对实验线型进行了拟合，两者差值小于信号峰峰值的4%。

为了使激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置中的多个关键参数达到最优化设置， 以便更好地服务于煤质分析， 实验中对这些参数与煤粉等离子体中待测元素发射谱线信噪比间的关系进行了详细研究， 并根据信噪比大小来进行最优化参数的选择。 实验结果表明， 对于本LIBS实验装置， 其最优化参数设置是将激光脉冲能量设为120 mJ·Pulse-1， 光谱仪的曝光延迟时间设为200 ns， 激光聚焦点位于样品表面以下3～5 mm， 样品池转速设为2.7 r·min-1， 并在激光出射光路中放置中心频率为1 064 nm的窄带滤波片和中心孔径为1.5 mm的光阑。 优化后的LIBS实验装置对煤粉中C元素测量的标准偏差(SD)由6.7%降至1.6%， 对其他微量元素测量的相对标准偏差(RSD)由28%降至10%， 测量精度得到了较大提高。

基于Hnsch-Couillaud（H-C）频率锁定技术，通过理论计算得到了用于实现激光到环形腔频率锁定的误差信号，并在实验上利用1583 nm激光与腔内含有KTP晶体的蝶形环形腔对激光到环形腔的频率锁定进行了实验研究，理论结果与实验结果相符。该方案与传统方法相比，大大简化了实验装置，而且操作方便灵活，可以广泛地应用到激光技术、污染气体检测等众多领域。

利用激光诱导等离子体光谱(LIPS)技术实现对燃煤电厂输煤管中煤质的在线检测对于提高锅炉燃烧效率具有重要的现实意义，但对煤中氧含量的测量却是个难题。提出了一种新的数据处理方法，主要包括内标法、最佳分析线选择法、温度校正法及多线法等，来提高对煤中氧含量定量分析的准确性和重复性。实验中先通过8组煤样获得了煤中氧的定标方程，然后又利用其它6组煤样来验证该定标方程的准确性。实验结果表明，利用本数据处理方法对煤中氧含量测量的绝对误差小于1.1%，多次测量的相对标准偏差(RSD)小于5.9%，显示了较高的测量精度和重复性。

简述了用外差干涉法探测固体表面激光超声的原理和实验结果，提出并论证了提高外差干涉法探测激光超声信号强度的方法和途径。