为了获得大气颗粒物的质量浓度廓线, 提出一种基于多波段激光雷达回波信号的大气气溶胶消光系数与颗粒物质量消光效率相结合的新型算法。 该方法利用覆盖紫外到近红外波段的激光雷达作为遥感探测工具, 获取气溶胶的消光与后向散射系数, 反演得到气溶胶粒子谱分布； 同时, 根据米散射理论算出气溶胶消光效率, 结合粒子谱分布, 提出颗粒物质量消光效率模型, 从而建立基于消光系数与质量消光效率相结合的反演颗粒物质量浓度的新型数学模型与算法。 采用该算法对两组不同天气条件多波段激光雷达实测数据进行反演, 并与地表采用的颗粒物浓度对比, 证明该方法的可行性, 为实现颗粒物质量浓度空间分布的探测提供科学依据和方法论。

生物气溶胶在大气中扩散极易传播和发生各种流行疾病, 也是生物**投放的主要形式, 实现生物气溶胶实时、 远距离的探测显得尤为重要。 构建了一台双波长荧光雷达用于大气中生物气溶胶的预警和识别。 该雷达系统采用Nd∶YAG固体激光器作为激励光源, 基频1 064 nm、 四倍频266 nm作为工作波长。 基于激光诱导荧光雷达探测原理, 对红外波段的弹性散射信号和紫外波段诱导的荧光信号进行数值分析。 结果显示, 在探测误差小于10%的情况下, 距离为1.0 km时, 单激光脉冲测量得到白天和夜晚细菌孢子的最小探测浓度分别为15 100个颗粒·L-1和8 386个颗粒·L-1; 当脉冲数累加到10 000时, 白天和夜晚的细菌孢子最小探测浓度显著改善, 分别为144个颗粒·L-1和77个颗粒·L-1。 分析结果还表明, 通过红外波段确定细菌孢子云团位置后, 为了提高系统对细菌孢子的探测性能, 可增加紫外激光脉冲数量, 延长荧光信号采集时间。

为了评估激光诱导荧光雷达对生物气溶胶粒子的有效探测距离及随生物气溶胶浓度变化的敏感性，在阐述生物气溶胶探测原理的基础上，设计了一台激光诱导荧光雷达。该雷达选用波长为355 nm 的二极管抽运的Nd：YAG 固体激光器作为激励光源，基于脉冲能量、脉冲数量、滤光片带宽、望远镜口径、接收视场角以及生物气溶胶粒子荧光非弹性散射截面积等主要参数，对生物气溶胶荧光回波信号的信噪比进行数值仿真。仿真结果表明，生物气溶胶粒子的质量分数为10-12时，在探测误差小于10%的情况下，系统在白天和夜晚的有效探测距离分别可达1.0 km和7.8 km；而在探测距离定义为0.5 km 时，系统对生物气溶胶质量分数的最小分辨能力，白天和夜间分别为1.8×10-13和1.0×10-14。仿真结果有利于了解激光诱导荧光雷达系统的最优参数设定和最佳的实验环境，进而实现对生物气溶胶的有效探测。

针对用传统车削或研磨抛光方法加工大尺寸非球面热压硫化锌透镜存在的不足，采用金刚石砂轮磨削加工方法对热压硫化锌材料进行了加工实验。通过压痕、单颗粒金刚石刻划和磨削正交实验，研究了该方法在磨削加工过程中的塑性域去除机理及其亚表面损伤情况，并优化了超精密磨削加工工艺参数。压痕实验发现热压硫化锌材料在载荷作用下易于出现径向裂纹和微裂纹，其断裂韧性为2.643842 MPa/m1/2，临界切削深度为1.808 μm。单颗粒金刚石刻划实验结果表明，热压硫化锌材料在较小的切削深度下可以实现塑性域去除，但在机械去除过程中易出现多种形式的亚表层损伤。磨削实验结果表明，磨削深度是影响表面光洁度的主要因素，随着磨削深度的增大表面光洁度降低，最佳表面粗糙度为7.6 nm。工作台进给速度是影响面形精度的主要因素，且平面磨削的面形精度PV值为0.185~0.395 μm。研究结果表明，磨削加工热压硫化锌材料可以获得纳米级表面粗糙度。