利用米氏散射理论和时域有限差分(FDTD)软件计算了不同大小、形状和折射率粒子的前向散射光场分布，分析了通过光强度分布和非对称因子反演粒子相关信息、区分粒形的可行性。研制了一台利用增强型CCD 相机在线采集单个气溶胶粒子在5°~19°前向散射角范围内光场图样的装置。8 μm 粒径的聚苯乙烯球形粒子散射图样实验结果与理论计算对比较为吻合，验证了该装置的有效性。应用该装置对不同形状的气溶胶粒子进行检测，结果表明能够从散射图像和反演计算结果区分出球形、杆状和其他形状粒子。

亚微米虚拟冲击器是实现高灵敏度生物气溶胶光学在线监测的前提，是当前的研究热点之一。基于空气动力学理论与相关研究基础，设计了一种切割粒径为0.4 μm的亚微米级粒子虚拟冲击器，利用计算流体动力学(CFD)分析软件Fluent以及离散相模型对虚拟冲击器结构的入口喷嘴与收集孔间距、收集孔径和流量比等各种设计参数进行模拟与分析，得到了一组优化设计参数并制作了虚拟冲击器实物。测试结果表明，该虚拟冲击器具有良好的浓缩效果，对0.37、0.5、0.7 μm聚苯乙烯乳胶球(PSL)粒子的收集效率等参数与仿真结果基本吻合，验证了流体动力学分析方法的可行性。该虚拟冲击器切割粒径的实验测试结果达到0.4 μm，满足实际应用需求。

近年来，大气生物气溶胶的实时监测技术已经成为研究领域的热点。在已有技术的基础上，研发出了含有280 nm和365 nm两种激发光波长的双通道生物气溶胶检测系统。利用该检测系统，分别测量了色氨酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的荧光光谱和强度，确定了对该系统两个通道进行标定的方法，并结合对牛血清蛋白(BSA)以及易引起误判的香烟烟雾等物质的测量结果进行了分析与探讨。实验结果证明了通过多通道紫外光诱导生物气溶胶粒子产生本征荧光，并对荧光光谱与强度等信息进行分析可以较为准确地实现对粒子种类的预判别。这种技术具有较强的应用价值与发展空间。

生物气溶胶与环境质量和人类健康密切相关。基于光学测量的气溶胶检测技术具有快速、无损和灵敏的优点，是目前的研究主流。而对检测系统的标定技术及其评价方法尚无国家标准可依。基于本征荧光测量技术，研制完成了一套针对包括病毒气溶胶在内的生物气溶胶检测装置。并在此基础上，以色氨酸气溶胶作为被检物，提出了一种生物气溶胶检测与标定方法。实验结果表明，研制的检测装置对色氨酸气溶胶具良好的线性响应特性，线性相关系数R2≥0.99，灵敏度达到4000 L-1。证明了通过测量气溶胶中色氨酸含量检测生物气溶胶技术的可行性与可靠性。还探讨了利用多通道本征荧光检测技术实现对生物粒子种类进行预判别的可行性。

在高分辨光学光刻技术中，光瞳整形技术针对不同的掩模图形产生特定的光瞳光强分布模式，从而实现分辨力增强，获得更好的成像性能。概述了高分辨率投影光刻机照明系统中基于衍射光学元件(DOE)、微透镜阵列(MLA)和微反射镜阵列(MMA)的3种光瞳整形技术，并对这些技术的工作原理、设计制作方法和性能特点进行了归纳与总结。

A method of clarifying bioaerosol particles is proposed based on T-matrix. Size and shape characterizations are simultaneously acquired for individual bioaerosol particles by analyzing the spatial distribution of scattered light. The particle size can be determined according to the scattering intensity, while shape information can be obtained through asymmetry factor (AF). The azimuthal distribution of the scattered light for spherical particles is symmetrical, whereas it is asymmetrical for non-spherical ones, and the asymmetry becomes intense with increasing asphericity. The calculated results denote that the 5o–10o scattering angle is an effective range to classify the bioaerosol particles that we are concerned of. The method is very useful in real-time environmental monitoring of particle sizes and shapes.

基于回转长椭球模型与球形模型，采用T矩阵法，讨论了非球形气溶胶颗粒的形状对散射相函数的影响；计算了葡萄球菌、鼠疫耶尔森氏杆菌、土拉热杆菌、志贺杆菌及类鼻疽伯克霍尔德菌等5种单分散生物气溶胶颗粒Stokes散射矩阵中各元素的角度分布曲线，讨论了非球形颗粒的粒径和形状对不同矩阵元素的影响。对于等消光截面颗粒，颗粒形状的变化对前向小角度与侧向两个散射区域的散射相函数几乎无影响，可以用球形颗粒近似模拟；非球形气溶胶颗粒的F11(θ)在170°～180°内的积分与在0°～10°内的积分的比值随着纵横比的增大而增大，可以表征颗粒的形状。对于不同尺寸和形状的气溶胶颗粒，［F11(0°)-F11(5°)］/5随着等表面积球半径的增大而增大，F11(θ)在170°～180°内的积分与在0°～10°内的积分的比值以及F22(θ)/F11(θ)在30°～90°内的积分随着纵横比的增大而增大，这些特性可用以判断颗粒的尺寸和形状。研究结果为颗粒粒径及粒形测量仪器的设计以及空气中有害微生物的快速探测提供了依据。

研制了一种以上转换发光材料作为标记物的扫描检测系统，有别于传统的测量方法，可做出定量和多重分析．扫描检测系统以扫描方式逐点测量经生物反应而结合上去的UCP颗粒的含量，记录整个免疫试纸条的信息，计算出被测样品中特定生物分子的浓度．实验结果表明，该系统对兔抗鼠疫免疫球蛋白(IgG)标准样品的检测灵敏度达到百ng／mL量级，且具有变异系数小于6%的重复性，符合生物免疫测定的要求．

提出了一种基于狭缝投影的位置传感技术,阐述了此技术的传感原理及其在精密定位中的应用。准直激光束照明的投影狭缝由一个透镜以掠入射角度投影在被测物体上,狭缝投影经过被测物体表面的反射和另一个透镜的成像在探测双缝上形成投影狭缝像。探测双缝放大成像在双像限探测器上,投影狭缝像透过探测双缝的光强分别被双像限探测器的两个像限所接收,通过检测双像限探测器两个像限上的光强获得被测物体的位置。实验验证了此传感技术的可行性,其位置重复测量偏差小于32 nm(1σ)。

研制成功便携式激光尘埃粒子计数器的核心部件——微型光学传感器。该传感器采用直角散射光收集形式,以高功率半导体激光器作为光源,同时采用高性能的PIN型光电二极管作为光电探测器。散射光收集系统为单一大数值孔径的球面反射镜,其对粒子散射光的收集角范围从20°到160°。粒子散射光信号是脉冲信号,其频谱成份主要在高频段,所以在PIN型光电二极管后用一个带通式前置放大器来消除外界的低频噪声,根据米氏散射理论计算了该光学传感器的光散射响应特性,并用聚苯乙烯标准粒子实测了该光学传感器的性能。结果表明,该系统具有高的信噪比、计数效率和尺寸分辨本领。