贻贝对各种海洋环境具有广泛适应性, 范围从浅海跨越到深海热液、 冷泉等极端环境。 贻贝主要通过其足组织分泌的蛋白形成足丝附着于岩石等固体表面, 这种蛋白是一种可再生、 不受水环境影响的性能良好的天然生物胶黏剂, 得益于分泌蛋白的性质, 足丝在水下具有黏附性强、 韧性高、 耐水性优良等特性, 在生物材料学、 医学等方面具有很好的开发潜力和应用前景, 已经是国内外研究热点之一。 拉曼光谱是一种非接触的、 无损的可以提供分子生物化学信息的检测技术。 足丝是贻贝足腺体的外在表达形式, 结合扫描电镜和共聚焦显微拉曼光谱技术, 从贻贝足丝的表观差异到贻贝足腺体的分泌蛋白组分和分布特征, 基于深海和浅海贻贝足丝的扫描电镜表征的表观形态差异, 对两种贻贝足组织分别进行共聚焦显微拉曼光谱检测, 得到两种贻贝的3个腺体的拉曼光谱和腺体局部区域的2D拉曼彩色分布图, 从外在表现形式足丝到内部足腺体分布, 通过对比两种贻贝的3个腺体的成分以及相对分布, 分析造成两种贻贝足丝差异的内在腺体分布情况, 此外结合两种贻贝生存环境的差异, 认为贻贝的足丝外观差异以及其内部腺体分布是贻贝应对浅海和深海冷泉完全不同理化环境的一种环境适应机制。 基于实验结果得到如下结论, 拉曼光谱表明两种贻贝足腺体组成: 表征核心腺体的amide Ⅲ信号位于1 242和1 269 cm-1位置的2个峰的峰强度相对其他两个峰(1 318和1 337 cm-1)较高, 表现为有序高级的蛋白构象, 外皮和粘附盘腺体含有丰富的酪氨酸(643, 830, 850和1 615 cm-1)和3, 4-二羟基苯丙氨酸(多巴, DOPA, 785 cm-1); 浅海贻贝在1 043 cm-1位置有高强度的胶原蛋白信号。 拉曼成像呈现两种贻贝腺体分布特征: 深海贻贝表现为较为集中的腺体分布, 浅海贻贝腺体分布较为分散, 表明贻贝为适应不同环境形成不同的腺体分布机制。 由此可见, 拉曼光谱可以用于研究不同环境下生存的贻贝的足腺体分布特性, 并在生物样品微观分析中更多的应用。

贻贝是广泛分布于全球水域的物种, 从近海海域到深海热液、 冷泉等极端环境。 贻贝分泌碳酸钙矿物形成介壳保护软体组织, 介壳是一种天然纳米复合材料, 具有优异的力学性能, 在生物材料、 组织工程以及仿生学等方面具有很好的应用前景, 已经成为国内外研究热点之一。 拉曼光谱是一种非破坏、 非接触及多组分同时测试的检测技术, 可以提供矿物成分信息。 利用共聚焦显微激光拉曼技术对不同环境下（台西南冷泉繁茂区、 Desmos热液区、 实验室养殖及大连近海海域）生长的贻贝介壳进行检测, 得到四种环境中生存的贻贝介壳珍珠层的拉曼光谱和介壳横截面局部区域的线扫趋势图及二维拉曼成像图。 基于实验结果得到以下结论, 四种环境中生存的贻贝介壳的棱柱层和珍珠层矿物为碳酸钙, 其中棱柱层矿物组成均为方解石, 拉曼测试方解石特征峰位于711和281 cm-1附近, 而介壳珍珠层虽然主要为碳酸钙, 但不同环境下生长的贻贝珍珠层的矿物组成存在一定差别: 大连近海贻贝珍珠层矿物为文石, 拉曼测试文石特征峰位于706和206 cm-1附近, 结晶程度差。 热液区生长以及实验室养殖贻贝珍珠层矿物也为文石, 特征峰位于706和206 cm-1附近, 但结晶程度相对较好。 台西南冷泉繁茂区贻贝珍珠层主要为文石（706和206 cm-1）, 并含少量方解石, 拉曼测试方解石特征峰位于711和281 cm-1附近。 通过对比四种环境中贻贝介壳的矿物组分以及相对分布, 结合生存环境的差异, 认为介壳矿物组成差异是贻贝应对深海冷泉、 热液不同理化环境的一种环境适应机制。 测试结果表明贻贝生长环境压力对珍珠层矿物组成有较大影响。 研究表明共聚焦显微拉曼光谱是一种快速、 高效的用于研究不同环境下生存的贻贝的介壳矿物组成的技术手段。 这为研究深海贻贝生命过程与适应机制提供了重要的参考资料。

作为一种典型的深海极端环境, 热液区域不仅分布着各种硫化物矿产, 而且孕育着特殊的生态群落, 对热液流体理化性质的研究有助于深入了解热液的运动机制。 激光拉曼光谱技术除了定性分析方面的优势外, 已经被逐步用于定量分析, 并且在原位探测中发挥了重要作用。 该研究模拟了深海热液喷口流体的高温高压环境, 探讨了水分子和硫酸根离子的拉曼光谱在热液流体温度探测中的应用价值。 通过对水峰ν1(H2O)、 硫酸根ν1(SO2-4)的拉曼频移与温度、 离子浓度的关系进行研究, 结果表明水峰ν1(H2O)和硫酸根ν1(SO2-4)的拉曼频移随温度表现出明显的变化, 水峰ν1(H2O)的拉曼频移受流体硫酸根浓度的影响明显, 因此不适用于硫酸根离子浓度变化明显的热液流体温度的测量。 相比之下, ν1(SO2-4)的拉曼频移对流体硫酸根浓度和流体压力不敏感, 为温度的反演提供了很好的依据。 建立了ν1(SO2-4)的拉曼频移与温度的线性方程: Rν1(SO2-4)=-0.03T+980.69, 其中, R2=0.998 6, 可用于对深海热液喷口流体温度的原位探测等实际应用。

海洋沉积物孔隙水是研究海洋环境、 地质与生物地球化学等问题的重要信息载体。 高度还原的缺氧孔隙水普遍含有大量的溶解态硫化物(H2S和HS-)。 这些硫化物既是孔隙水调查的重要研究对象也关系到另一重要地化参数-pH值。 成分逸散、 化学平衡破坏使传统非原位分析方法测定的海洋沉积物孔隙水硫化物浓度和pH值具有不确定性, 难以反映原位地化信息。 深海原位激光拉曼技术为解决这一问题提供了新的手段。 孔隙水硫化物在拉曼光谱曲线上表现为位于2 550~2 620 cm-1的明显拉曼重叠峰, 包括H2S的H-S伸缩峰(2 592 cm-1)和HS-的H-S伸缩峰(2 572 cm-1)。 本研究在实验室条件下(25 ℃, 0.1 MPa)对基于内标定法的H2S与HS-拉曼光谱定量分析进行了可行性研究, 证实该技术可行且精度良好。 H2S与HS-作为一组共轭酸碱对, 其浓度比与pH值呈函数关系。 通过配制不同pH值的含硫化物溶液并进行拉曼光谱分析, 发现这一关系在拉曼光谱上表现为特征拉曼重叠峰形态和H2S, HS-分峰强度的规律性变化, 即硫化物拉曼光谱参数与溶液pH值之间存在一定的耦合关系。 基于谱峰分解和相关分析, 提出了一种全新的含硫化物孔隙水pH原位测定方法。 可测定硫化物拉曼重叠峰可分辨情况下的孔隙水pH, 在本研究中为6.11~8.32, 涵盖了已知的绝大多数孔隙水pH值范围。 该研究为获取海洋沉积物孔隙水的高保真数据提供了新的技术参考。

近代光学物理最重要的成就之一是1966年由Sorokin和Lankard以及ScMfer等各自独立发明的染料激光器。有机染料激光器的出现，提供了一种波长跨越很宽范围连续可调的相干辐射源。在某些实验，如多光子吸收和非线性光学实验中，往往同时需要两个或两个以上能独立调节的髙功率脉冲激光波长。然而，由于激光脉冲的典型宽度为5 ns,因此，任何一个的频率抖动都将使两个独立的激光器难以同步。如果用单泵激励双波长染料激光器就可保证输出在时间上的一致性，从而避免了上述困难。迄今已发展了若干不同类型的双波长染料激光器。1976年Mau等人使得基本的Hansch型脉冲染料激光器同时工作在两个波长上。然而在这种系统中，两个波长的间隔受到染料增益分布的限制。虽然这种分布可用比例精确的染料混合物加以展宽，但是，当所需要的两个波长相距很远，即大于30 nm时，会使系统的光学增益非常低。而在1974年Mau曾发现用双室染料槽能扩大单波长装置的可调范围。本文的设计正是Mau所改进的Hansch型系统与Mau的双室系统相结合的产物。