提出一种基于Android平台的海水油污检测光谱仪数据传输与处理系统设计方案, 方案结合移动终端便捷性、高效性的特性, 选用蓝牙对光谱数据和油污等光谱参数进行传输, 优化数据解析算法, 实现了光谱和油污参数变化曲线实时绘制, 并可进行数据本地存储。在实验中, 对威海小石岛水域进行了测量, 实时快速获得了海水的光谱及油污参数数据, 实验结果表明系统具有数据传输处理速度快、稳定性高、成本低等优势, 有较高的实用价值。

海水水下温度测量对研究海洋环境和气候监测及自然灾害的早期预报等十分重要。 利用蓝绿激光在海水中良好的透射性, 拉曼光谱技术可应用于大面积海水水下温度的快速遥感监测。 但目前能够实现现场连续水温监测功能的实用化拉曼光谱水温遥测系统还尚未见报道。 研制了实用化低成本的拉曼光谱水下温度遥测系统, 开发了光谱实时采集和数据处理软件。 数据处理中结合了面阵CCD的空间累加与时间积分及本底扣除算法, 有效增强了拉曼光谱的信噪比和光谱系统的探测灵敏度。 为了提高实际测温精度, 以短波段拉曼谱的面积(SHB)与长波段拉曼谱的面积(SNHB)之比作为光谱信标与水温建立关系, 研究了测温精度与光谱积分范围和拟合阶次的关系。 实验测量了五百多组不同水温的拉曼光谱, 分别选用比值SHB/SNHB和SNHB／SHB与水温进行线性拟合和二阶多项式拟合。 研究结果显示, 分界波长对面积比值变化范围影响很大, 而拟合阶次对面积比与温度的拟合关系的准确度影响很大, 两者最终都影响水温测量误差。 为了更客观地反应不同面积比法、 分界波长和拟合阶次对水温测量误差的影响, 分析了温度测量误差与不同分界波长的关系。 结果显示, 温度测量误差受分界波长影响较小, 受面积比法和拟合阶次影响较大; 相同情况下2阶多项式拟合结果优于相应的线性拟合结果; 而采用比值SHB/SNHB与水温进行线性拟合时测温精度较高, 且拟合参数易于调整。 进一步研究了不同面积比方法和分界波长对系统抗干扰性能的影响。 研究结果显示, 比值SHB/SNHB法抗干扰能力随分界波长减小而减小, 而比值SNHB／SHB法抗干扰能力随分界波长减小而增大。 上述研究结果提高了温度反演算法参数设置的合理性和拉曼散射系统测温精度及系统抗干扰能力。 综合考虑上述研究结果, 数据处理中设定649.3 nm作为分界波长计算拉曼光谱面积比SHB/SNHB与水温进行线性拟合。 最后通过实验检验了拉曼光谱水下温度遥测系统的连续实时测温能力和测温精度。 结果显示, 拉曼光谱系统测温值与高精度同步温度传感器测量温度一致, 最大测温误差为±0.5 ℃, 测温误差的标准差约0.21 ℃。

线结构光扫描是一种非接触式三维探测技术, 在成像、测距等诸多领域具有广泛应用。针对旋转扫描系统引起的三维成像弯曲现象, 基于三角法成像原理, 提出了一种激光线扫描图像矫正算法。设计了旋转线扫描三维成像系统, 对距离2.7 m的目标进行了矫正实验, 矫正前图像直线度误差是0.36 m, 矫正后该误差低于0.02 m。实验结果验证了该算法对图像弯曲矫正的有效性。

传统拉曼特征峰峰比法一般采用线性回归法建立乙醇浓度与峰峰比的线性关系从而反演乙醇浓度实现乙醇定量分析, 但仅在较低浓度范围适用。 针对这一问题, 采用自主研制的激光拉曼乙醇含量检测系统实验研究了不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰(非对称CH2伸缩振动2 924.0 cm-1)与本底水峰(3 350 cm-1)相对强度关系, 提出适用于大范围乙醇浓度测量的非线性回归分析方法。 利用邻域平均算法去除拉曼光谱突变噪声, 结合多点插值处理实现光谱基线校准。 基线校准及归一化处理后, 可有效消除突变噪声及强荧光背景的影响。 分别采用二次多项式和e指数数学模型对拉曼峰值强度比随乙醇浓度变化关系进行非线性回归并与线性回归分析进行对比。 结果表明, 线性拟合相关系数约为0.991, 线性回归模型乙醇浓度准确测量的适用范围为15%～60%; 非线性拟合相关系数高于0.997, 非线性回归模型乙醇浓度精确测量的适用范围为3%～97%。 非线性数学模型可为乙醇溶液浓度定量分析提供理论基础, 将该数学模型应用于乙醇含量检测系统, 可实时反演较为精确的乙醇浓度, 从而实现大浓度范围内具有荧光背景干扰的乙醇溶液快速、 实时、 准确的定量分析。

碱金属蒸气激光器具有高量子效率且易于流动散热，显示出良好的发展潜力。概述了光抽运碱金属蒸气激光器的基本原理和国内外的研究进展。对于其在发展中遇到的问题进行了简要分析，并总结了目前所采用的相应解决方案，指出了几种方案所存在的优、缺点。对碱金属蒸气激光器未来可能的研究方向进行了展望。

建立了绿光水下激光传输的发射和接收实验系统，在威海近岸海域对调制激光信号在水下的传输特性进行了实验研究。系统以光电倍增管作为探测器，在不同接收负载情况下，观测了不同传输距离下绿光脉冲信号的接收波形。实验结果表明，大的接收负载有助于提高探测距离，采用1 MΩ接收负载时的最大探测距离为26 m。根据实验数据拟合不同距离处的接收光强，激光在海水中的传输信号强度呈e指数衰减趋势，其衰减系数为0.5 m-1,可以推断在浑浊度较小的海域光传输距离会增加。

研究了激光水下衰减系数的比较测量法, 通过在激光传输路径上进行多点测量激光能量或功率, 经过数据拟合获得准确的激光水中衰减系数, 此方法可以消除一般测量方法容器侧壁的反射及吸收的影响, 并可在较长距离测量激光传输路径上不同位置的衰减系数。在实验室中测量了脉冲绿光、连续绿光、连续蓝光在自来水中衰减系数并进行了比较,结果表明蓝光在水中的衰减系数大于绿光。对水下光通信及水下目标探测具有一定参考价值。

为了获得高功率、高重频半导体激光脉冲, 设计了一种体积小、重量轻、造价低的纳米级大功率半导体激光器驱动电源。采用改进的单稳态触发器产生窄脉冲, 经放大后驱动快速开关MOSFET获得大电流窄脉冲; 电源脉冲电流驱动能力0A~80A, 脉冲上升时间2.8ns, 下降时间3.8ns, 脉冲宽度5ns~500ns范围内可调, 最小5.2ns, 重复频率可达200kHz。用该电源实验测试了激光波长为905nm的半导体激光器, 在重复频率为10kHz时, 激光脉冲峰值功率达到70W以上。结果表明, 采用窄脉冲驱动MOSFET可以得到高重复频率10ns以内的大电流窄脉冲, 可以驱动大功率半导体激光器, 若驱动100A以上的激光器需进一步研究。