对成团泛菌(Pan)、 金黄色葡萄球菌金黄亚种(Sta)、 球芽孢杆菌(BG)和大肠杆菌(EH)四种生物战剂模拟物进行了培养和生长曲线测定, 四种菌的代时分别为0.99, 0.835, 1.07和1.909 h; 设计研制了近场小型荧光测量激光雷达, 266和355 nm波长分别用于测量生物战剂模拟物氨基酸段和NADH段二维荧光谱; 在可控的荧光测量腔室, 测得了分辨率为4 nm的营养态细菌液态气溶胶以及牛血清(BSA)、 卵清蛋白(OVA)两种毒素类模拟物液态气溶胶的二维荧光谱; 二维荧光谱数据表明, Pan, Sta, BG, EH, BSA和OVA气溶胶, 在氨基酸段的荧光谱形与标准荧光组分色氨酸较为一致, FWHM为60 nm, 受培养生化环境、 细菌内部荧光组分及比例的影响, 荧光分子激发态与基态间的能量差增大, 荧光谱带均存在不同程度的蓝/紫移; 在Pan, Sta, BG和EH营养细菌气溶胶中均检出了较弱的NADH荧光组分, 且水、 氮等的拉曼散射不能完全扣除, 光谱锯齿严重, FWHM为100 nm; 二阶求导后的二维荧光谱表明, 荧光谱的高阶处理和分辨识别是可行的。

基于非球形粒子偏振特性,设计并试制了近场偏振激光雷达。该系统包含二个激光光源和退偏组件,激光束的线偏振度为1/500,偏振和 弹性散射信号由孔径200 mm的卡塞格林望远镜接收。在一个半封闭的生物气溶胶腔里,对10种生物气溶胶,按355, 532, 1064 nm的顺次 进行线偏振测量。数据分析结果表明,退偏比表现出较强的波长依赖性; 利用欧氏相关度和马哈拉诺比斯距离,可以确定多波长线偏数据的差异,并对生物气溶胶进行分辨。

基于激光诱导荧光(LIF)原理和弹性散射作用于非球形粒子上产生的偏振特性, 设计研制了短距测量荧光和偏振激光雷达: 采用了三个激光光源、两个接收望远镜、一个退偏组件和一个荧光光谱特征分析光谱仪, 设计遥测探测距离为200 m至数千米。荧光测量采用了Nd:YAG激光器的三倍频355 nm和4倍频266 nm输出, 激光束脉冲宽度约为6 ns, 重复频率为20 Hz, 荧光接收光学及光谱分析子系统由25.0 mm口径的f/4牛顿望远镜, 车尔尼特纳光谱仪和32通道的光电倍增管(PMT)等组件组成; 偏振和弹性散射信号由孔径12.5 mm的卡塞格林望远镜接收。荧光测量的信噪比仿真计算表明: 以最小SNR=10作为参照, 在1 km距离上, 白天探测不到数浓度为10 000个/升的战剂云团, 但在夜间则可以获得较好的信号强度; 偏振测量结果初步分析表明: (1)退偏比表现出较强的波长依赖性; (2)多波长退偏比测量可以显著提高生物战剂的鉴别能力。

基于激光诱导荧光(LIF)原理和弹性散射作用于非球形粒子上形成的偏振特性，设计并研制由3个激光波长、2个接收望远镜、退偏组件和荧光光谱仪等组成的生物战剂/气溶胶Mie散射、荧光和偏振激光雷达。退偏比的水平测量结果表明: 1) 退偏比表现出较强的波长依赖性; 2) 多波长退偏比测量可以显著提高生物战剂的鉴别能力。退偏比的垂直测量结果表明: 气溶胶在边界层内总体上维持在较低的水平，在温湿压风等气象条件和光生化条件的作用下，对流层底层空变化明显，在部分云团处，退偏振比可达0.3; 气溶胶的Mie散射时空分布表明，355 nm波长的测云能力在激光出射能量相当时较532 nm强。

研究了基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的火焰CO2浓度检测方法,确定了TDLAS二次谐波检测在高温环境下的浓度反演方法,并在实验室通过静态吸收池进行了验证,为TDLAS遥测系统应用于工业燃烧测量打下了基础.

水蒸气是碳氢化合物燃烧的主要产物之一,对其浓度进行测量具有重要的意义.在已有理论基础上推导选择了最佳的拟合线型函数(Voigt线型),结合HITRAN数据库选择了在实验室现有条件下理想的吸收线.理论分析了用两条相邻吸收线的线强比计算温度的可行性,在此基础上建立了一套基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的实验装置,为进一步实验打下了良好的基础.

利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)对环境空气中的甲烷进行了测量.选择不受干扰的1.65μm处的吸收线对甲烷进行浓度监测.在2005年秋季对北京城区的甲烷气体以1min的时间分辨率进行了近1个月的连续监测.甲烷的浓度在19:00左右开始上升,在凌晨01:00左右开始下降,具有明显的周期性.浓度最低值出现在白天,而最大值出现在夜里,给出了甲烷的日变化和连续监测结果.

机动车尾气已经成为很多大中城市的主要气体污染源之一,利用基于光谱学的遥测技术可以在不影响车辆正常行驶的条件下快速检测出尾气超标车辆.自行研制的尾气遥测系统结合了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)和差分吸收光谱(DOAS)技术,实现了对尾气中CO、CO2、HC、NO和烟尘等污染物的实时测量,并同时识别牌照和采集车辆行驶信息.

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被测气体特征吸收光谱范围内的吸收光谱,实现气体的定量分析.这种方法具有高灵敏、高选择性、快速响应、在线测量等诸多优点.介绍了利用TDLAS技术测量火焰中二氧化碳浓度的实验方法,并对消除燃烧中气体湍流造成光强波动的方法进行了研究,得到了较理想的结果.

在可调谐红外激光器的基础上发展的新的痕量气体监测分析方法，已在大气化学研究和污染气体监测领域中得到了应用。在无法通过增加光程长度来提高系统检测灵敏度的环境中，降低噪声、提高信噪比，是提高TDLAS二次谐波检测技术系统检测灵敏度的途径之一。介绍了TDLAS的噪声来源并对短吸收光程下的CO和CO₂的近红外波段二次谐波进行了测量研究和噪声分析。获得CO和CO₂的最小检测灵敏度分别为0．73%和0．98%。这一结果能够满足某些对于测量要求不是很高的情况下的环境监测的需要。