基于可调谐半导体激光吸收光谱技术及波长调制技术, 采用波长为1 654 nm的分布反馈激光器, 结合开放式光学探头以及高灵敏度的铟镓砷光电探测器, 研制了近红外甲烷气体检测系统。 自主设计研发了分布反馈激光器驱动电路, 主要包括模拟PID温度控制电路与电流驱动电路。 其中, 温度控制电路具有较高的控制精度及稳定性, 长时间工作时激光器温度波动小于±0.02 ℃, 温度与激光器波长呈线性变化。 温度不变时, 改变驱动电流可以使激光器中心波长线性变化, 同时还提供了5 kHz正弦波和10 Hz锯齿波的调制信号, 用于谐波检测。 为了提取差分信号的一次谐波及二次谐波, 研制了正交锁相放大器, 一次谐波和二次谐波的提取误差分别为3.5%和5%。 系统中采用的开放式光电探头通过一次反射, 使有效吸收光程增加了一倍, 达到了40 cm。 通过对1%～5%的甲烷气体进行检测, 成功提取了一次及二次谐波, 得到了气体浓度与谐波信号幅值的拟合关系曲线。 在更换不同输出波长的激光器后, 该系统还具有检测其他气体的能力。

高压输变电设备电磁辐射主要体现在工频电磁场辐射、电气噪声和电晕辐射干扰，它可以改变其周围的电磁环境。本文利用输电设备的电磁性能推导了高压输电线路和变电站电磁环境的表达式，引入散射功率比的概念分析了散射干扰。采用高精确度定向天线扫描法测量输变电设备周围环境的反射、散射对通信信号造成的影响。实测数据结果表明，高压输变电设备会造成散射干扰，使得电波传播的多径效应更加明显，从而影响远端接收场强的大小。

基于可调谐激光光谱吸收法的红外气体检测, 为了从差分信号中有效提取出一次和二次谐波信号, 研发了一种谐波信号正交锁相放大器.采用正交锁相放大及谐波检测原理, 利用Simulink软件平台构建了模拟实验系统, 对其功能做了仿真和验证.采用数字信号处理器作为核心控制器, 设计并制作出了谐波信号锁相放大器的系统实物, 它主要由90°移相器、两路模拟乘法器、两路低通滤波器、差分信号放大器、模数转换器等构成.实验中, 首先利用幅度可调的标准正弦信号作为待测信号, 对锁相放大器的输出信号幅度与标准正弦信号的幅度做实验测量与对比, 二者线性拟合优度高达0.999 94, 最大误差小于4%, 具有良好线性度; 其次, 将模拟吸收产生的差分信号作为待测信号, 利用基频方波和二倍频方波分别作为参考信号, 提取谐波信号, 因二次谐波信号微弱易受噪音干扰, 其误差在5%以内, 一次谐波最大误差小于3.5%.系统具有良好的稳定性和性价比, 在红外气体检测中具有较好的应用前景.

为保证分布反馈激光器在一氧化碳气体浓度检测中能满足长时间工作稳定性、输出波长随温度线性变化、温度调节快速响应等要求，设计并研制了一种分布反馈激光器温控系统。该系统采用数字信号处理器与数模转换芯片设定温度，利用热电制冷器控制芯片调节激光器温度，采用模拟比例积分微分(PID)算法完成激光器恒温控制。利用研制的温控系统，对用于红外一氧化碳气体检测、中心波长为1563.06 nm的分布反馈激光器开展了温度控制实验。结果表明，该控制系统控制精度优于±0.02 ℃，小幅度调温时响应时间小于8 s。在所研制的温控系统的作用下，激光器长时间工作时中心波长无漂移。

为了降低软件设计复杂度并提高分布反馈激光器发光波长的控制准确度及稳定性，设计了一种用于气体检测的半导体激光器温度控制系统，它由数字信号处理器、温度设定电路、温度采集电路、模拟比例积分微分电路、半导体制冷器控制电路等模块构成.利用该系统对用于水汽检测、中心波长为1 860 nm的可调谐分布反馈激光器做了驱动实验，结果表明：该系统的有效控温范围为10 ℃~50 ℃，控温准确度为±0.05 ℃，温度稳定时间小于60 s;改变温控系统的驱动电流和设定温度，测得的激光器工作波长呈现出良好的调谐特性;连续4天测得的4条光谱曲线几乎重合，表明该系统具有良好的稳定性.

由于红外混合气体的检测方法要求电源具有驱动群红外量子级联激光器 (QCL) 的能力, 本文设计并研制了一种新型群QCL驱动电源。为了避免驱动电流多路输出的交叉影响, 该电源采用了时分复用控制方案, 并结合高速模拟比例-积分(PI) 反馈, 实现了每一条输出支路电流的独立调节。系统采用脉冲频率调制(PFM)与脉冲宽度调制(PWM)相结合的方法, 改善了驱动脉冲的频率及脉宽特性, 确保了各支路激光器均工作在最佳状态。利用该驱动电源对中国科学院半导体所研制的中心波长分别为4.8, 7.49, 7.71 和10.7 μm的4种QCL进行了驱动测试。结果表明: 在长时间 (220 h) 运行中, 系统驱动电流长期稳定度为4.62×10-6, 线性度为0.029 1%, 满足驱动群量子级联激光器的要求, 为红外混合气体的检测提供了可靠的保障。