拉曼光谱具有分辨率高、 分析速度快、 检测样品制备简单、 无损以及可在线测量等优点, 被广泛用于分析物质的成分与分子结构信息, 可以对多种有机物和无机物进行定性和定量的分析。 目前主要应用多以相对比较成熟的定性分析为主, 用于定量分析时, 一方面由于拉曼光谱的重现性较差, 会受到很多内部因素干扰; 另一方面, 拉曼光谱的分析理论相比于传统技术还不够完善, 分析结果的误差较大, 限制了其在定量分析中的应用。 在基于强度比值的定量分析中, 拉曼强度归一化理论的出现为拉曼光谱的应用提供了理论依据, 参考峰/内标峰及拟合方法的选择对测量准确性和稳定性有较大的影响。 采用激光拉曼系统研究了不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰（C-C-O对称伸缩, 874 cm-1）与其他参考峰/内标峰的相对强度关系, 分别提出了基于乙醇本征峰位比值法和基于CCl4特征峰位的内标法, 建立了线性回归分析模型, 经归一化处理后两种方法均可有效消除系统中的突变噪声及强荧光背景的影响。 通过联合假设检验等统计学方法对比了不同组内与组间的数据差异, 确定了两种方法中准确性和稳定性最好的参考峰/内标峰。 F检验与t检验表明, 用乙醇自身峰位比值法进行标定时, 以1 446 cm-1（CH3-不对称变形）处特征峰为参考峰建立的标准曲线能更为准确地反演乙醇的浓度; 用CCl4作为内标物时, 以446 cm-1处拉曼特征峰为内标峰时的标准曲线具有更高的稳定性和准确度。 30 d内进行二次复测量时无需进行标准曲线的再次测量与绘制, 避免了重复的定量分析实验以及后期数据处理过程对时间的消耗。 根据不同标定方法建立的线性回归模型能够为乙醇溶液浓度的定量分析提供实验依据, 通过该模型在乙醇溶液浓度检测系统中的应用, 可以较为精确地实时反演乙醇浓度, 从而实现对具有强荧光背景干扰的高浓度范围的乙醇溶液准确、 快速、 实时的定量分析。

地震检波器是石油勘探中必不可少的工具，主要被用于地震波采集以获取地层信息，进而实现油藏勘察以及压裂采油技术的监控。研究了分布式光纤声波传感（DAS）系统及其在石油物探中的应用，深入分析了DAS技术的干涉式解调原理、算法和参数测试。此外，还进行了地面物探实验，通过外场实验获取了大量地震波信息，绘制出了清晰的地震剖面图，并对DAS的性能和测试数据进行了详细分析。

介绍了一种基于分布反馈光纤激光器的超窄线宽布里渊光纤激光器。采用布里渊环形腔结构,以分布式反馈光纤激光器作为布里渊泵浦光源,以输出波长为980nm的半导体激光器作为腔内掺铒激光放大的泵浦光源,实现了超窄线宽的布里渊激光输出。布里渊环形腔腔长为10 m,加偏振控制后可获得单频布里渊激光输出。为保证激光器的单纵模输出,分布反馈光纤激光器和半导体激光器泵浦光源功率应分别不低于20 mW和50 mW。泵浦光源输出功率最大为250 mW时,最终布里渊激光输出功率超过15 mW,线宽可小于100 Hz。

温度影响可调谐半导体激光器吸收光谱（TDLAS）式气体监测的准确性，研究了一种甲烷、温度同时检测的系统，两种参数互相校正，提高了气体监测的准确性，同时也提高了温度的检测精度。系统采用1653.7 nm中心波长的分布反馈（DFB）半导体激光器，采用锯齿波调制激光器使其波长扫描，同时扫描出光纤布拉格光栅（FBG）波长以及气体吸收强度，从而可以测出温度和甲烷两个检测量。温度检测可以校正由于温度变化引起的气体检测误差，同时，气体吸收线位置又可以为FBG进行准确的波长定位，使得温度检测精度更高。这种温度、甲烷双参数检测系统更加稳定可靠，更适合应用于煤矿开采和瓦斯抽采等领域。

研究了一种基于光谱吸收的光纤甲烷远程实时在线监测系统, 分析了该系统在瓦斯抽采中的应用。 该系统以1665nm波长半导体激光器作为光源, 以单片机 C8051F410为核心处理器, 采用锯齿波信号实现了气体激光吸收光谱的波长调制, 结合A/D转换电路、 通讯电路和显示电路,可进行声光报警、 LCD液晶显示等。 利用内置参考池对激光波长漂移进行自适应调整, 可以实现甲烷吸收线的锁定。 该系统已在国内外建立多个示范工程, 试验表明, 该系统具有很好的稳定性, 在0%～100%量程实现了分布式多点甲烷气体浓度的实时在线监测和显示, 监测的灵敏度可达ppm量级, 在煤矿瓦斯抽采领域具有广泛的应用前景.

当光纤受到扰动时,通过光纤中的光将发生强度、振幅、或相位等变化。通过检测这种光的变化量可以探测外界的入侵行为。基于马赫-曾德尔干涉原理设计了一种新型干涉式光纤入侵监测系统。通过光纤对入侵者的振动敏感,实现对入侵准确定位。通过差分检测提高了检测灵敏度,从而实现相位变化的解调。该系统结构简单,检测灵敏度高,抗电磁干扰能力强,可以实现远程监测。

为了给激光测距、激光对大气的探测等实际工程应用提供理论依据，采用逐线积分方法计算大气分子吸收，结合离散纵标法，并耦合卷云的单次散射特性，对由实心六棱柱状冰晶粒子组成的卷云在波长为1．064μm时的散射特性和辐射特性进行了理论分析，得到了该波长上激光在卷云中传输时的反射率随入射光源的位置、观测器的位置以及卷云参量(云光学厚度、粒子尺度等)的关系。结果表明，卷云在1．064μm附近对激光的主要影响是散射，吸收在消光中占了很小的部分；其次，卷云的散射明显改变了光辐射的空间分布，散射的方向变化主要由卷云的散射相函数以及光线入射角度和观测角度决定。这一结果对实际工程应用(比如激光测距、激光对大气的探测等)是有帮助的。

采用离散纵标法耦合大气分子吸收,模拟计算了卷云大气的反射特性.研究了在短波波段卷云辐射性质随波长、卷云光学厚度、卷云有效尺度、云高和卷云中冰晶粒子形状等的变化关系,分析了卷云对大气红外背景辐射的影响.结果表明:在2.7 μm的水汽强吸收带上,卷云的出现明显增强了该波段的大气背景辐射,反射率随光学厚度和云高增大而增大.

卷云一般分布在对流层上部到平流层下部,它主要由分布在大气高层的各种形状的冰晶粒子组成.冰晶粒子的散射特性在气候模式、辐射传输和遥感领域都具有非常重要的意义.利用Yang等计算的几种冰晶粒子的散射特性数据库,假定卷云粒子谱分布符合Γ分布,得到了卷云的平均单次散射特性,包括实心与中空六棱柱、六角平板、子弹花、聚合物以及星形枝状六种非球形冰晶粒子在短波0.2～5.0μm波段的消光效率因子、吸收效率因子、散射相函数等.展示了卷云短波散射性质随波长、卷云有效尺度和卷云中冰晶粒子形状的变化关系,并分析了其变化的可能原因.