发展新型药物检测技术不仅能够杜绝假药对健康和生命的危害, 更可以避免假药对社会道德和商业风气等产生不良影响。 该研究工作, 通过建立逆向空间偏移拉曼光谱（SORS）实验装置, 克服了传统拉曼探测深度有限（约几百微米）的应用瓶颈, 以无损、 非接触的方式, 克服不/半透明容器光学背景对光谱测量结果产生的影响, 实现多种空间偏移量（Δs）条件下, 样品特征光谱信息检测与分析, 为开发基于逆向SORS技术的新型药物检测方法奠定实验基础。 实验装置搭建过程中, 采用785 nm半导体激光器与WITec UHTS300型拉曼光谱仪构建逆向SORS光谱分析装置。 通过使用准直光束照射锥透镜形成环形激发光斑, 并控制锥透镜与样品之间的距离, 实现Δs连续可控变化。 利用所搭建的光谱检测装置, 分别测量聚乙烯方瓶（厚度为1.5 mm）和聚四氟乙烯离心管（厚度为4 mm）内对乙酰氨基酚和甲硝唑的拉曼特征光谱。 利用环形光束照射会抑制容器峰强度这一特点, 选取容器拉曼特征峰作为标准峰, 分别对点光斑（Spot）和环形（Ring）光斑测量结果进行归一化处理, 并将其强度相减（Ring-Spot）, 得到逆向SORS光谱测量结果。 实验结果表明, 逆向SORS光谱检测方法能够克服表层容器光学背景对测量结果产生的干扰性因素, 真实反映不/半透明容器内样品的分子指纹光谱信息。 在实验测量范围内, 当环形光束半径增大1倍时, 聚乙烯方瓶内对乙酰氨基酚拉曼特征峰强度增大6倍, 而聚四氟乙烯离心管内的甲硝唑各特征峰强度增强1倍。 以上实验结果表明, 逆向SORS技术能够准确检测不/半透明容器内, 或有漫散射介质覆盖的样品深层化学成分的指纹光谱。 通过提高系统信噪比并优化系统结构与功能, 在建立小型化、 集成化检测系统的条件下, 逆向SORS技术可与现有的多种药物检测技术相互补充, 发展成一种快捷、 准确、 操作简便的新型药物检测手段。

显微共聚焦拉曼光谱成像技术(Confocal Raman Microspectroscopy Imaging, CRMI)能够对样品微区进行精确无损的拉曼光谱分析和光谱图像扫描, 提供生物样品的无损高分辨光学信息。本项研究工作, 利用CRMI技术实验获取了正常人体离体皮肤组织的拉曼光谱特征, 并结合典型特征峰的扫描图像, 探讨了脂类、蛋白质等成分在皮肤真皮层的分布特点。实验发现皮肤组织真皮层内胶原蛋白的拉曼特征峰1 248 cm-1强度及其空间分布尤为突出, 这一实验结果与组织学中胶原纤维占真皮结缔组织95%的事实相符。实验结果显示, CRMI技术能够全面诠释生物组织内部生化组成与分布信息, 在实验描述皮肤组织病理变化的分子生物学机制方面具有广阔的应用前景。

为了揭示高数值孔径光学系统在多重初级像差共同作用时受到的影响, 基于衍射理论, 研究了多重初级像差, 特别是彗差、象散和球差对汇聚高斯光束的影响效果.通过数值模拟计算, 获得了在彗差、象散和球差共同作用下, 汇聚高斯光束在焦平面处光斑的光强分布, 发现多重像差对聚焦光斑的影响并非各单像差影响效果的简单叠加.通过对高数值孔径光学系统激光焦斑的实际测量, 发现其光强分布特点与数值模拟结果具有高度的一致性.研究结果对于评估与分析实际的光学系统具有一定的指导意义.

提出级联直径蚀刻光纤法实现双波长滤波器的动态调节.采用耦合模理论和分段传输矩阵法进行理论推导和仿真,研究级联声光光栅可调双波长的直径蚀刻光纤滤波器,分析光纤蚀刻对声光光栅传输谱中旁瓣效应的抑制效果.结果表明光纤蚀刻法可以有效抑制旁瓣效应,旁瓣比从0.265下降到0.031;通过调节级联光栅的间隔保证双波长滤波器的两个对称谐振损耗峰的稳定性,间隔增加时左谐振波长峰值减小,右谐振波长峰值增大;双谐振峰的谐振波长由声频信号的频率和光纤级数调节,波长随周期变大而增大,在270 μm到282 μm内接近线性,当光纤段数增加时波长漂移量变大.

采用共沉淀法制备了Y2O3∶Tb3+和Y2O3∶Tb3+, Yb3+两种样品。 通过扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜（TEM）、 X射线衍射仪（XRD）和荧光光谱仪分析和测试了样品的形貌、 微结构和室温下的荧光光谱, 得到了不同掺杂浓度、 退火温度、 溶液pH值下Y2O3∶Tb3+的最优工艺制备条件: Tb3+浓度1.5%、 退火温度1 400 ℃、 溶液偏碱性环境下, 样品在300 nm光激发下于543 nm处有最大绿光发射。 详细分析了Tb3+能级结构和跃迁属性与实验光谱的对应关系, 阐述了工艺条件的影响机理和主要影响样品发光的荧光猝灭效应。 制备的Y2O3∶Tb3+, Yb3+粉体, 敏化离子Tb3+与激活离子Yb3+间存在能量传递过程, 使样品在近红外区有可观的发光, 从能级角度对两离子间的合作下转换发光过程进行了描述, 同样分析了该体系下的荧光猝灭过程。 实验证明近红外量子剪裁可有效提高掺杂离子的发光效率, 在硅太阳能电池等领域有广阔的应用前景。

理论模拟与分析了皮肤基底细胞癌症组织的自体荧光光谱特征.在实验分析基底细胞癌症组织显微荧光图像特征基础上, 建立相应的八层组织光学模型.采用蒙特卡罗模拟方法, 分析基底细胞癌症组织在可见光波段的漫反射特征, 并对光学模型进行完善.同时, 基于光与组织的相互作用机理与蒙特卡罗方法, 模拟分析皮肤组织结构对其自体荧光光子的吸收和散射作用, 讨论自体荧光在组织内部的传输机制, 并最终重构在体基底细胞癌症组织的荧光光谱.结果表明, 理论重构的荧光光谱与在体实验结果基本一致.本研究工作为分析研究癌症病变组织内的光谱特性, 阐述生物组织内部自体荧光产生与传播机制, 提供了一种理论研究方法.

报道了579 nm高功率KGd(WO4)2喇曼晶体外腔式喇曼黄光激光器的输出特性.基于808 nm脉冲激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷、腔内BBO电光晶体同步延迟调Q和Ⅰ类临界相位匹配的LBO晶体腔外倍频方案，并通过外腔式KGW晶体Ng轴二阶斯托克斯喇曼频移，获得了579.54 nm黄光激光输出.当脉冲信号重复频率为1 kHz、532 nm泵浦光最高平均功率为5.02 W、脉冲宽度为10.1 ns时，获得了最高平均功率2.58 W、脉冲宽度7.4 ns、峰值功率348.6 kW的579.54 nm二阶斯托克斯喇曼黄光激光输出；532 nm至579.54 nm的光光转化效率为51.4%、斜率效率为54.8%，光束质量因子M2x－579.54=5.829、M2y－579.54=6.336，输出功率不稳定性小于±2.35%.实验表明：外腔式喇曼结构能够高效地获得喇曼黄光，具有很高的光光转化效率及良好的功率稳定性，并通过脉冲LD结合同步延迟电光调Q可获得高重复频率、高平均功率、窄脉冲宽度和高峰值功率的黄光激光输出.

设计了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基的单偏振单模(SPSM)微结构聚合物光纤(MPOF)。利用全矢量有限元法和光束传播法相结合分析了这种光纤的偏振特性和约束损耗。通过优化光纤结构参数，发现在0.51 μm～0.62 μm的可见光波长范围，由于基模两个正交偏振模的截止波长不同，这种微结构聚合物光纤只能传输基模中的一个偏振模，从而实现单偏振单模运转。该11圈圆空气孔六角排列光纤结构的传导偏振模在0.57 μm波长处约束损耗仅为1.13 dB/m，这种低损耗的单偏振单模微结构聚合物光纤可有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。

通过建立光动力治疗过程中激光、光敏剂、氧及其相互作用关系的数学模型, 对组织中光动力剂量进行了模拟, 研究了光动力剂量在组织内部分布变化的规律。模拟了激光剂量为50mW/cm2、100mW/cm2、150mW/cm2, 光敏剂质量浓度为10mg/kg、20mg/kg、40mg/kg时光动力剂量变化。研究发现光动力剂量在组织内分布是非线性的, 大小受激光强度、光敏剂剂量、氧浓度和组织光学参数等因素的影响, 且光敏剂浓度的变化对光动力剂量变化的影响尤为明显。

为了研究光动力疗法选择性光损伤，采用蒙特卡罗方法，建立了组织中光动力剂量数学模型。得到光动力剂量随组织厚度增加呈指数衰减的结果。光动力损伤是阈值过程，对肿瘤组织造成深层光动力损伤时，更多正常组织受到损伤。光斑半径对对肿瘤组织损伤深度有明显影响。结果表明，适量光敏剂能引起浅薄全面的肿瘤组织光动力损伤，深层光动力损伤伴随正常组织损伤。