农产品质量安全是社会广泛关注的重大民生问题。 近年来, 农产品生产过程中农药的广泛使用和滥用会导致农药残留, 对人类健康和环境造成潜在危害。 吡虫啉是一种硝基亚甲基类新烟碱内吸杀虫剂, 因其具有广谱、 高效和低毒的特性已广泛用于农业生产中, 但其过量残留也给人类的健康带来了威胁。 首先对超材料结构的透射谱进行了分析, 对共振频率的形成原因进行了解释; 其次分别在超材料结构和二氧化硅基底上涂覆了500 mg·L-1的吡虫啉溶液并进行了测量, 排除了二氧化硅基底的影响; 接着制备了3个梯度15个浓度的吡虫啉溶液, 分别为: 100~500 mg·L-1（梯度为100 mg·L-1）、 10~50 mg·L-1（梯度为10 mg·L-1）、 1~5 mg·L-1（梯度为1 mg·L-1）; 测量了喷涂在超材料结构上的吡虫啉薄膜的太赫兹时域光谱, 根据太赫兹透射谱峰值频率红移量的不同实现了对不同溶液浓度的鉴别, 建立了峰值频率红移量和吡虫啉浓度的函数关系。 实验结果表明, 借助超材料的调制特性, 太赫兹光谱法可以检测到浓度低至1 mg·L-1的吡虫啉薄膜。 将实验测得的不同浓度吡虫啉溶液的折射率, 代入CST软件进行仿真验证, 结果说明不同浓度的吡虫啉的透射曲线具有不同程度的红移, 且红移量随着浓度的增大而增加。 实验和仿真结果表明, 超材料对太赫兹光谱透射峰值频率的调制可用于低浓度吡虫啉含量的太赫兹时域光谱检测。 此研究为食品基质中农药残留的检测提供了一种新方法。

波形拟合是机载激光测深数据处理的关键环节, 能够为水下地形测量、海底底质分类和水体浑浊度分析等应用领域提供数据基础。针对传统机载激光测深波形拟合算法受噪声干扰严重、对复杂波形形状拟合不准确的问题, 提出一种基于分层异构模型的机载激光测深波形拟合算法。针对波形不同组成部分的相应特性, 采用异构函数(水面-高斯函数、水体-双指数函数及水底-B样条函数)构建分层异构模型, 分别进行拟合, 从而实现对各部分波形信号的拟合。采用南海实测数据对所提算法进行了验证, 结果表明: 该算法拟合波形的平均运行时间T为0.019 4 s, 相比于RL(Richardson-Lucy)去卷积算法提高0.328 6 s; 平均均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为6.222 4, 相比于双高斯函数拟合算法平均均方根误差RMSE、平均决定系数(Coefficient of determination, R2)、平均相关系数(Correlation Coefficient, CORR)和相关系数标准差(Standard Deviation, STD)分别提高65.11%、2.83%、1.01%和86.61%, 保证了拟合效率和拟合精度。算法具有良好的鲁棒性, 能够有效满足机载激光测深科学研究和工程应用的技术需求。

星载激光测高系统亚毫弧量级的发散角和冰层表面几乎没有穿透效应的优势使其非常适于监测南北极冰盖变化。利用GLAS激光测高卫星的高程数据，通过交叉和重复点方法分析2003~2009年3月格陵兰2 000 m以上区域冰盖高程变化，并改进了交叉点计算方法，使其适合纬度跨度较大的格陵兰地区。经过粗差剔除和时序解算，研究结果表明，该区域7年间冰盖高程年均变化+3.80 cm/年，中误差0.91 cm，呈缓慢增长趋势；交叉点和重复点方法所得结果趋势一致，重复点数量为交叉点数量的4~15倍，但位置分布不均匀，使用星载激光测高数据分析极地冰盖变化时，较大区域适合使用交叉点方法，较小区域适合使用重复点方法。

利用主成分分析方法结合支持向量机建立了太赫兹时域光谱冰片种类鉴别模型。 冰片是一些常用中成药的重要成分, 由于其来源多、 真假易混淆, 在制药和交易环节, 迫切需要快速、 简便、 准确的检测、 鉴别方法。 太赫兹时域光谱技术是利用太赫兹脉冲表征物质性质的一种新兴光谱技术。 实验使用透射式太赫兹时域光谱系统分别获得了艾片、 合成冰片和梅片三种冰片在0.2～2 THz之间的吸收谱线。 通过主成分分析, 做出了第一、 第二主成分二维得分图以及第一、 二、 三主成分三维得分图, 两者对三种不同种类冰片都具有很好的聚类效果。 用前十个主成分的得分值矩阵代替原光谱数据, 通过对三种冰片的60组样本训练, 对未知的60组样本鉴别, 建立了四种不同核函数的支持向量机模型。 对比结果表明, 径向基核函数构建的支持向量机对三种冰片的分类鉴别准确率均为100%, 由此我们确定选择具有径向基核函数的支持向量机建立冰片种类的鉴别模型。 此外, 在含噪情况下, 四种核函数SVM获得的总分类准确率都在85%以上, 说明支持向量机具有很强的泛化能力。 主成分分析结合支持向量机方法对冰片太赫兹光谱具有很好的分类和鉴别效果, 为冰片等中成药剂的种类鉴别提供了一种新思路。

Femtosecond (fs) pulse laser ablation of silicon targets in air and in vacuum is investigated using a time-resolved shadowgraphic method. The observed dynamic process of the fs laser ablation of silicon in air is significantly different from that in vacuum. Similar to the ablation of metallic targets, while the shock wave front and a series of nearly concentric and semicircular stripes, as well as the contact front, are clearly identifiable in the process of ablation under 1￡105 Pa, these phenomena are no longer observed when the ablation takes place in vacuum. Although the ambient air around the target strongly affects the evolution of the ablation plume, the three rounds of material ejection clearly observed in the shadowgraphs of fs laser ablation in standard air can also be distinguished in the process of ablation in vacuum. It is proven that the three rounds of material ejection are caused by different ablation mechanisms.

设计并制备了一个新型类贝塞尔调制螺旋相位片，该相位结构是由类贝塞尔函数表示的振幅信息加载到螺旋相位上构成的，通过选择合适的调制参数，使得透射率在相位结构边缘处为零，能够大幅度消除再现光学旋涡光束的旁瓣。采用在纯相位型元件上调制复振幅的编码方法，实现振幅型到纯相位型的转换。通过优化多灰阶激光直写工艺，对每一个像素高度进行调制，直接将该相位片加工在基底是玻璃的光刻胶上。搭建光路验证了光束强度分布，并取得了与理论预期高度一致的结果，为产生高质量旋涡光束提供了一个简便、可靠和低成本的微光学元件手段。

利用抽运-探测超快时间分辨阴影图方法研究了高强度飞秒激光脉冲烧蚀固体靶的动态物理过程。首次实验证实了40 J/cm2、50 fs激光脉冲烧蚀固体靶是一个同时涉及超快加热与超快光机械作用的复杂物理过程。该结果为深入揭示和理解超短脉冲激光烧蚀固体物质特别是金属材料的动态物理过程提供了新的关键性启示。

选用不锈钢、铜和铝三种金属薄膜作为实验材料,厚度10～50 μm。对不锈钢、铜和铝三种金属薄膜进行飞秒激光加工,研究了所形成的微纳米孔直径与飞秒激光加工参数的关系。结果表明,飞秒激光加工的微孔直径随单脉冲能量和脉冲数的平方根的增大而增大。不锈钢薄膜适于飞秒激光制作金属微孔膜,在25 μm厚的不锈钢薄膜上制备了大面积阵列微孔,孔直径为2.5～10 μm,孔间距为10～50 μm。与传统烧结金属微孔过滤膜比较,飞秒激光制备阵列微孔金属膜具有膜孔尺寸均匀一致、直通孔形、膜孔尺寸和间距可控等特点,可获得较高的孔隙率,有利于提高透过水通量。

采用940 nm掺杂蓝宝石激光器作抽运光源,对掺杂的质量分数为19%高掺杂浓度的Yb³⁺磷酸盐玻璃激光器进行了实验研究,获得了165 mW的连续激光输出,其中心波长位于1.053μm。实现了同类激光器中57.8%的高斜率效率,光-光转换效率为34.2%。激光输出在1.038～1.064 μm范围内实现了可调谐。