将激光诱导击穿光谱(LIBS)技术与主成分分析(PCA)法相结合用于铝合金分类研究, 对Al—Cu系、 Al—Si系、 Al—Mg—Si系、 Al—Zn系四类13种铝合金标准样品进行了分类实验, 实验结果证明LIBS-PCA方法可以实现铝合金的快速分类。 通过使用LIBS技术激发130个铝合金标准样品得到130个光谱样本, 再用主成分分析方法进行降维分析, 计算出贡献率最大的三个主成分并计算各光谱的主成分得分绘制在三维空间中, 发现光谱样本点按照铝合金的种类发生了明显的汇聚现象, 由此确定了三个主成分和铝合金类型区域。 用20个不同类型的铝合金进行实验对所得铝合金类型区域的准确性进行验证, 发现所得20个光谱样本点全部落在其对应的标准样品类型区域内, 在一定程度上证明所得的铝合金标准样品类型区域的正确性, 在此基础上可以进行未知类型铝合金的鉴别。 实验结果表明基于LIBS光谱的PCA方法分类精度达到97.14%以上, 能够有效的完成不同模式的区分, 相比于常用的化学方法, LIBS技术可以原位快速地对待测样品进行检测, 样品预处理简单, 因此将激光诱导击穿光谱(LIBS)技术与主成分分析(PCA)法相结合用于质量检测和在线工业控制等领域, 可以节约大量的时间及成本, 提高检测效率。

设计了一种基于棱镜的角度型表面等离子体振荡自动测量系统，建立了共轴双旋转台的机械结构，提出了新型扫描的角度测量法，得到表面等离子体振荡谐振曲线。研究了影响系统多次测量一致性的因素，提出了减少采样点、提高单点数据采集次数，并采用三级变步长的测量方法，测量时间缩短至小于原来的1/10，使系统测量精度从1E-4折射率单位提高到了4E-5折射率单位。

在对激光诱导击穿光谱数据分析的基础上提出了一种可以用于元素定量分析的方法。 该方法利用傅里叶分析的方法研究了光谱数据中的不同部分(白噪声、 热辐射噪声和原子发射光谱)， 通过带通滤波实现发射光谱与大部分噪声的分离， 得到仅含少量白噪声的发射光谱； 通过计算待量化元素谱线与其对应单位强度特征谱线的相似度引入卷积强度来衡量待测谱线的强度。 选取Cu 324.75 nm作为分析线， Ti 337.28 nm谱线作为参考线， 采用上述方法对含微量Cu元素土壤样品进行了测量。 实验结果显示: Cu元素含量和其卷积强度的线性系数达到0.997 9， 计算得到土壤中Cu元素的检测限为44 mg·kg-1， 达到国家土壤环境质量标准规定的二级土壤中Cu含量要求， 测量相对误差在10%以内， 表明该方法能够满足土壤微量重金属检测简便、 快速的要求。

理论分析激光诱导击穿光谱(LIBS)的特性,研究谱线信噪比随激光能量和样品属性变化的规律,对土壤样品中的微量Cu元素进行实验测量有重要意义。实验采用的烧蚀激光波长为1064 nm,脉冲宽度约10 ns,重复率为1 Hz。实验证实背景热辐射和元素特征辐射具有不同的空间变化规律,通过在空间上将两者分离获得较高的信噪比。当激光脉冲能量为40 mJ时,实验采用的土壤样品的最佳测量位置为距离火花中心0.75mm 处,选取Cu 324.75 nm 和Cu 327.39 nm 作为分析线,对含微量Cu元素土壤样品进行测量。采用内标法对测量结果进行定量分析,得到土壤中Cu元素的检测限可达到67 mg·kg^-1,满足国家土壤环境质量标准规定的二级土壤中Cu含量的要求。实验结果表明选择最佳光谱测量位置的方法能够有效提高信噪比,满足土壤中微量Cu污染检测的需求。

本文采用棱镜型角度检测的方法，对表面等离子体振荡传感器进行精密检测。首先从理论上分析了温度对棱镜型表面等离子体传感器的作用机理，并根据机理进行了实验系统的设计。基于所设计的棱镜型角度检测SPR装置，研究了温度对表面等离子体振荡(SPR)共振角度的影响。实验给出了表面等离子体共振角度随被测液体温度的升高而下降的数值结果，斜率为-7.843×10-3/℃，并证明了温差控制对光传感技术中表面等离子体振荡(SPR)技术的实用化的重要性。

利用相位预调制技术解决高速长距离光纤传输系统中面临的接收灵敏度降低和色散容限问题。通过在发射端对非归零(NRZ)的光信号进行比特同步相位预调制, 使非归零码在传输过程中得到波形重整, 演变为归零(RZ)的波形, 从而提高眼图开启度。实验观测了普通非归零码和相位预调制的非归零码在不同相位调制深度和色散下的光谱、眼图和功率代价。10 Gb/s的传输结果表明, 链路色散绝对值小于1000 ps/nm时, 施加相位预调制的非归零信号功率代价小于1 dB, 比普通非归零信号具有更高的接收灵敏度和更低的色散功率代价。因此, 基于相位预调制的信号整型技术可减轻系统对光信噪比和色散管理的要求, 延长传输距离。

采用传统设备结合虚拟仪器的方法,研制了一套宽可调谐取样光栅DBR(Sampled Grating DBR, SG-DBR) 激光器的波长测试控制系统.系统能自动向SG-DBR激光器提供电流扫描,同时对激光器输出的光谱数据进行采集、处理,生成SG-DBR激光器的"波长-电流"数据查询表;通过快速查找数据查询表数据,并对激光器提供相应驱动电流,准确控制SG-DBR激光器输出波长.系统数据处理采用了一种新颖的算法,利用输出光边模抑制比(SMSR) 来筛选激光器模式稳定工作点,确保数据查询表中的工作点数据均不会发生模式跳变.实验证明,本系统稳定、可靠,波长控制精度高,波长控制误差不超过±0.02nm.

提出了一种新的法布里-珀罗腔锁定模式标定方法——频率扫描法,并对该方法进行了理论推导和实验研究。在实验中,利用该方法标定出法布里-珀罗腔的锁定模式数为1996,并通过频点预测验证了方法的准确性。该方法简单易行,完全符合标定的精度要求。

报道了1.53μm波段光纤光栅外腔半导体激光器的乙炔吸收稳频.通过理论分析参数选择,设计了光纤光栅外腔半导体激光器和光纤光栅调谐与调制结构.利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器输出波长锁定在乙炔气体1530.37 nm的吸收峰上,频率稳定度达10-8.

根据宽可调谐SG-DBR激光器的波长调谐特性,研制了一套波长控制系统.系统通过生成并调用"波长-电流"数据查询表,实现对SG-DBR激光器输出波长的调谐控制.系统设计引入了虚拟仪器和单片机技术,达到了降低设备成本、小型化系统的目的.实验证明系统波长控制精度高,波长控制误差不超过±0.02nm.