采用激光选区熔化成形了Inconel 625合金试样，研究了激光功率和扫描速度对合金孔隙的影响，制备了存在大尺寸圆形孔隙缺陷（key-hole模式下）、小尺寸圆形孔隙缺陷（conduction模式下）和不规则孔隙缺陷的拉伸试样，通过815 ℃高温拉伸试验探讨了孔隙类型对合金抗拉强度及塑性的影响。结果表明：孔隙类型对合金815 ℃高温抗拉强度及塑性有较大影响。其中，不规则孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为374 MPa，塑性为5%；大尺寸圆形孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为364 MPa，塑性为31%；小尺寸圆形孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为363 MPa，塑性为37%。当不规则孔隙向小尺寸圆形孔隙转变时，高温抗拉强度约降低3%；当大尺寸圆形孔隙向小尺寸圆形孔隙转变时，高温塑性约提升19%。在各类815 ℃高温拉伸试样断口纵截面中均发现了大量的沿晶界扩展的高温失塑裂纹，这是合金失塑的主要原因。孔隙缺陷处的位错塞积造成较大的应力集中，阻挡了位错滑移和合金的塑性变形，使合金更易发生断裂。

针对高温条件下光谱高精度反演的需求, 对比分析了7种不同的光谱线型模型在光谱反演中的精度和稳定性, 并发展了适用于高温诊断的光谱线型选择策略。 首先测量了1 100~1 600 K温度范围的两条H2O吸收光谱, 采用七种不同的光谱线型模型分别进行分析, 获取了各测量光谱的积分吸光度, 速度依赖线宽和多普勒半高宽, 并根据双线比值法计算气体温度值。 对比分析表明, 在高温常压条件下, Gaussian线型拟合精度最差, 但通过Gaussian线型反演的气体温度精度最高; 光谱拟合过程中, 通过设置线型模型中的多普勒半高宽参数为已知量, 能有效提高光谱线参数的反演稳定性和精度, 也能有效提高各光谱线型温度反演精度。 与高阶非Voigt线型(Speed-dependent Voigt线型, Rautian线型, Speed-dependent Rautian线型和Hartman-Tran线型)对比, Voigt线型获取的积分吸光度和速度依赖线宽偏小, 计算的温度结果相对误差偏大。 最后, 对比了7种线型模型拟合程序的运行时间, 在保证精度的条件下, Speed-dependent Voigt线型拟合速度最快。 因此, 通过Gaussian线型获取气体温度, 然后根据温度计算多普勒半高宽参数并将其固定为已知量, 采用Speed-dependent Voigt线型拟合能有效提高高温光谱的反演精度, 速度和稳定性。

提出了一种具有谐波抑制特性的小型化分支线耦合器。通过分析枝节加载传输线的传输特性,发现可以采用小型化的枝节加载传输线去等效替换传统分支线耦合器中的四分之一波长传输线，此方法可以极大地减小分支线耦合器的电路尺寸。同时,由于枝节引入传输零点,耦合器的谐波响应也得到抑制。为了验证理论分析的有效性,建立了等效电路模型和传输线方程,对电路性能进行分析,最后进行了仿真以及实验验证。

在流场诊断技术中, 可调谐半导体吸收光谱技术（TDLAS）成为主要的诊断技术之一, 其可实现非接触、 原位检测。 波长调制（WMS）和直接吸收(DA)是两种最常用的TDLAS气体传感方法, 在目标含量很低或者极端流场环境下, 波长调制技术呈现出更多的优势, 检测灵敏度与直接吸收相比可以提高1～2个数量级。 在近红外波长调制技术应用领域, 分布反馈式（DFB）半导体激光器成为流场诊断技术的光源选择之一, 无论利用谐波信号（或者归一化谐波信号）的线型拟合, 还是选择谐波信号的峰值来反演流场参数, 吸收模型的准确建立均十分重要。 在模型建立时, 激光器频率-时间响应以及光强-时间响应的准确表示尤为重要。 为解决吸收模型准确建立问题, 提出了一种准确测量激光器调制参数的完整方法, 通过实验测量了用于探测水汽吸收的1 392和1 469 nm激光器的调制特性, 研究了分布反馈式激光器的调制参数随调制幅度, 调制频率以及工作温度的变化。 根据该方法得到的调制参数, 建立吸收模型, 测得常温下空气中水汽浓度为197%, 直接吸收方法测得浓度为199%, 验证了该测量方法的准确性。 研究表明, 调制深度随调制幅度的增加线性增加, 随调制频率的增加非线性单调减小, 随工作温度的升高线性增加; 激光器的出光强度和频率同时被调制, 强度变化超前频率变化的相位, 随调制幅度的变化不明显, 随调制频率的增加单调增加, 随工作温度的升高单调减小; 归一化一次谐波振幅和二次振幅均随调制幅度的增加而增加, 随调制频率的增加而减小, 随工作温度的变化不明显。 在吸收光谱应用领域, 波长调制技术发挥的作用愈加重要, 调制系数与谐波信号的峰值息息相关, 在波长调制技术应用时, 选取适当的调制参数, 有利于得到合适的谐波信号, 可通过改变调制幅度、 调制频率、 工作温度得到最优调制系数。 研究了近红外分布反馈式半导体激光器的调制特性, 该方法同样适用于不同封装和不同波段激光器调制特性的研究, 利于推广吸收光谱技术在各领域的应用。

燃烧场温度的测量对于燃烧诊断具有重要意义。开展了基于可调谐半导体激光吸收光谱 (Tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)的在 线测温方法研究,基于双光束分时扫描技术,实现了双激光器协同工作与燃烧产物水汽 7154.35 cm-1 和7467.77 cm-1两条吸收谱线的同时测量,并利用双线积分吸光度比值关系完成温度的精确反演, 满足燃烧场温度在线检测应用需要。开展了针对甲烷/空气预混平焰炉火焰温度的实时检测实验研究, 并与热电偶进行了测温对比分析,两种方法的测量具有较好的一致性,相对误差小于3.8%,验证 了TDLAS技术对燃烧场温度非侵入式快速测量的可行性和可靠性。

基于可调谐半导体吸收光谱的波长调制技术,建立了精确的吸收模型。通过两条已知吸收中心的吸收谱线,对标准具自由光谱范围进行标定,并利用更贴近激光器出光特性的描述模型,得到激光器频率-时间响应,结合实验室标定和HITEMP数据库的杂合吸收谱线参数,建立了可与实际吸收直接比较的精确模型,以诊断燃烧流场。本研究以H₂O为目标分子,选取吸收中心为7185.60 cm ^-1和6807.83 cm ^-1两条吸收线,利用扣除背景的归一化二次谐波信号峰值反演流场温度,并在管式高温炉上进行实验验证,最高测量温度为1500 K,相对误差小于3.1%。吸收模型的准确性决定了所测流场参数的准确性,该模型可应用到更为复杂的燃烧流场环境,实现流场参数的精确测量。

采用可调谐二极管激光吸收光谱技术对高纯氮气中的痕量水汽进行检测。首先,在自主设计的多次反射池中,利用体积分数为1.007×10 ^-3的CH₄作为标准气体,运用1654 nm附近的CH₄吸收光谱,采用三线拟合方法同时拟合3条中心频率相近(小于0.01 cm ^-1)、低态能级相同的吸收线,测量得到多次反射池的精确光程;然后,研究可调谐二极管激光吸收光谱系统中激光器干涉背景和周围空气段的吸收本底,获得可调谐二极管激光吸收光谱系统的精确本底;最后,利用激光器波长为1854 nm的可调谐二极管激光吸收光谱系统(探测灵敏度为1.14×10 ^-6)对高纯氮气中水汽的浓度进行测量,通过严格的背景吸收扣除以及多线Voigt线型模型拟合得到了无背景吸收的水汽光谱,进而获得高纯氮气中水汽的体积分数。结果表明:得到的实验高纯氮气中水汽的体积分数与国家标准规定的高纯氮气中水汽的体积分数的最大偏差为10.33%。

露点温度是表征气体状态的一个重要参数, 针对低温环境的低露点温度精确、快速、连续、原位测量的迫切需要, 提出了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术对水汽露点温度测量的方案。首先与安徽省气象局的冷镜式露点仪一起对比测量标准温湿度箱内的露点温度, 验证波长为1 381 nm的TDLAS系统露点温度测量的可行性及精度, 然后结合一套开放式的测量装置, 进行低温度环境(最低温度100 K)水汽露点温度原位测量。得到了实时的露点温度值, 其中TDLAS露点测量结果与冷镜式露点仪测量结果一致性较好(相差小于1 K), TDLAS测量的时间分辨率为0.83 s, 远远快于冷镜式露点仪的时间响应速度。对于更低气体温度的露点测量, 获得了与气体温度变化趋势相同的露点温度, 同时得到了随着环境温度降低, 水汽逐渐趋向饱和的结论。

随着半导体激光器的发展, 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术有了巨大的进步, 应用领域迅速扩大。已经有超过1000种TDLAS仪器应用于连续排放监测以及工业过程控制等领域, 每年全球出售的TDLAS气体检测仪器占据了红外气体传感检测仪器总数的5%~10%。运用TDLAS技术, 已经完成了几十种气体分子的高选择性、高灵敏度的连续在线测量, 实现了不同领域气体浓度、温度、流速、压力等参数的高精度探测, 为各领域的发展提供了重要的技术保障。本文综述了TDLAS技术气体检测的原理以及最近的应用研究进展, 主要从大气环境监测、工业过程监测、深海溶解气体探测、人体呼吸气体测量、流场诊断以及液态水测量六个应用领域进行介绍。

燃烧场组分的测量对于燃烧诊断具有重要的研究意义。基于可调谐激光吸收光谱(TLAS)技术, 采用中红外带间级联激光器(ICL)扫描一氧化碳(CO)的2060 cm-1(v=1←0,P20)吸收谱线, 实现了对燃烧场CO浓度的测量。实验通过燃烧产物H2O的7154.35 cm-1和7467.77 cm-1吸收谱线的谱线强度比值反演燃烧场温度, 以此修正测量环境下CO谱线强度参数, 实现CO浓度的精确测量。首先介绍了TLAS测温验证实验, 温度测量在各个设置温度台阶下的波动均小于45 K, 温度测量具有可靠性; 其次开展CO浓度测量标定实验, CO测量浓度与标准气体浓度的误差在3%以内; 最后针对甲烷/空气平焰炉在不同燃烧状态下进行CO浓度测量, 实现0.35‰~4.5%范围内CO浓度的测量, 检测灵敏度为0.035‰。实验验证了中红外吸收光谱技术实现燃烧场组分浓度测量的可行性和可靠性, 有助于燃烧诊断的研究, 具有较大的应用价值。