基于亚纳秒间隔的皮秒激光双脉冲，研究了双脉冲时域整形对K9玻璃表面烧蚀特性的调控规律。当子脉冲间隔为667 ps时，不同形状双脉冲下玻璃表面的烧蚀形貌随激光通量增加的变化规律明显不同，而泵浦通量起着决定性作用。当泵浦通量低于阈值时，双脉冲烧蚀特性基本与单脉冲相似；当泵浦通量在阈值附近时，泵浦脉冲对玻璃表面的微纳米尺度的烧蚀会显著增强探测脉冲的烧蚀效应。当泵浦通量高于1.3倍阈值时，泵浦脉冲在玻璃与空气界面附近产生冲击波，探测脉冲被冲击波的高密度前沿界面反射和干涉，在中心烧蚀区域周围产生了圆环状烧蚀形貌，且圆环分布与探测通量密切相关。双脉冲烧蚀的内径尺寸与泵浦通量相关，而外径尺寸与双脉冲的形状、通量均相关。对比研究了子脉冲间隔为333 ps和667 ps时的等通量双脉冲烧蚀形貌，结果发现：低通量下较小的脉冲间隔可以增强烧蚀效应；高于烧蚀阈值的泵浦脉冲会影响探测脉冲的能量沉积；两种脉冲间隔下环状形貌的不同反映了泵浦脉冲产生的冲击波的传输特性不同。最后基于实验结果讨论了双脉冲序列时域整形进行表面烧蚀调控的物理机制。

采用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(Dual pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)技术分析铝合金中微量元素含量,详细研究了共线双脉冲光谱信号强度与 双脉冲间时间延迟的关系,最佳延时为8～9 μs。在该延时条件下,双脉冲光谱信号强度比单脉冲光谱 信号强度增强了10倍以上。分别采用双脉冲激光诱导击穿光谱和单脉冲激光诱导击穿光谱(Single-pulse laser induced breakdown spectroscopy, SP-LIBS)技术,得到了以Cu I 324.75 nm, Cr I 425.43 nm 谱线为分析线 的定标曲线。与采用单脉冲激光诱导击穿光谱技术相比,铝合金中 Cu和 Cr的检测极限分别由单脉冲时的169.5 和94.5 μg/g降低至双脉冲时的21.46 和4.26 μg/g。

为获得共线双脉冲激发方式对土壤中Pb和Ba元素的谱线增强效果, 研究了1064 nm单脉冲和(355 nm+ 1064 nm), (1064 nm+355 nm)共线双脉冲三种激发方式下, 谱线强度随采集延迟时间的变化规律和谱线增强倍数随双脉冲时间间隔的变化规律。研究发现, 与单脉冲激发方式相比, 在双脉冲激发方式下, 谱线Pb I 405.78 nm和Ba I 553.55 nm强度的最大增强倍数分别为5和8。该研究结果为检测土壤中重金属元素提供了参考。

为了分析和检测天然玉石表面元素分布情况, 采用再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术对天然玉石表面进行二维元素成像分析.实验研究了正交双脉冲激光诱导击穿光谱条件下脉冲间隔和激光能量对原子辐射强度和信背比的影响.在优化的实验条件下, 对天然玉石样品表面36 mm×10 mm范围内进行了二维扫描分析, 获得了烧蚀坑洞直径约为30 μm的玉石样品表面微量元素Fe的二维分布图.结果表明: 再加热正交双脉冲技术能有效地检测天然玉石样品中的微量元素, 并在相同的样品损伤条件下提高了检测灵敏度.该技术不仅可以实现玉石样品的表面元素分布分析, 为玉石鉴定提供参考, 还可以应用于其他固体样品二维元素分布扫描成像分析, 具有较好的应用价值.

研制了一套能量输出稳定、光斑分布均匀、时域近方波形的四路钕玻璃抽运源系统。系统能够输出4×180 J的基频能量(波长为1053 nm)，4×80 J的倍频能量(波长为526.5 nm)。主要结构包括四部分：前端种子源、再生放大器、钕玻璃棒放链和KDP倍频晶体。利用偏振片实现了垂直偏振的两路基频光合束，经过第二类相位匹配KDP晶体倍频，获得了共线且同偏振的526.5 nm倍频光，实现了用于150 mm口径钛宝石放大器的结构紧凑的双脉冲抽运源。

基于紫外非视距(NLOS)单次散射信道传输模型，分析了用于无线紫外光通信的分离双脉冲位置调制(SDPPM)方案的误码性能。介绍了SDPPM调制方案的符号结构，将该调制方案与开关键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)和双脉冲位置调制(D-PPM)在带宽需求、功率需求方面进行比较。利用光子计数方法，研究了无背景辐射噪声条件下SDPPM的误符率(SER)。对PPM、D-PPM和SDPPM紫外通信系统的误码性能进行仿真，分析路径损耗对其影响。结果表明，SDPPM在信源比特分组长度m为5和6bit时获得了带宽需求与功率需求的较好平衡。当SER达到10-4时，有效通信距离比D-PPM长20m左右。同时，SDPPM调制方案降低了紫外光散射通信中因多径色散造成的码间串扰(ISI)。

为了提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的检测灵敏度和辐射光谱特性, 采用再加热正交双脉冲结构对样品中的4种元素Fe, Pb, Ca和Mg以及含有不同浓度重金属元素Cr的土壤样品进行分析。 研究了4条特征谱线FeⅠ: 404581 nm, PbⅠ: 40578 nm, CaⅠ: 42267 nm和MgⅠ: 518361 nm的光谱强度和信背比随两激光脉冲之间时间间隔的变化关系, 获得了两激光脉冲之间最佳的时间间隔为10 μs。 在单脉冲和双脉冲条件下, 得到了4条特征谱线FeⅠ: 404581 nm, PbⅠ: 40578 nm, CaⅠ: 42267 nm和MgⅠ: 518361 nm光谱强度的增强倍数分别为223, 231, 242和210; 分析了特征谱线FeⅠ: 404581 nm和CaⅠ: 42267 nm谱线强度随时间的演化特性以及4条特征谱线信背比随光谱采集延时的变化关系, 双脉冲能有效延长光谱强度的衰减时间以及提高特征谱线的信背比; 比较分析了等离子体温度和电子密度随时间的演化特性, 在双脉冲条件下, 等离子体温度最大升高了730 K, 电子密度最大增加了18×1016 cm-3。 单脉冲和双脉冲条件下获得重金属元素Cr的检测限分别为38和20 μg·g-1, 再加热正交双脉冲技术使元素检测限下降近2倍。 以上结果表明: 再加热正交双脉冲能有效地提升LIBS技术的检测灵敏度和光谱特性, 为进一步降低元素的检测限提供了有效的方法。

研究了基于一台皮秒Nd∶YAG激光器实现合金样品的双脉冲激光剥离-激光诱导击穿光谱（LA-LIBS）微损元素分析。 实验采用低能量的532 nm二倍频激光烧蚀并剥离出微量样品, 然后采用较高能量的延时1064 nm激光对剥离出的样品进行二次激发, 以增强等离子体中的原子辐射强度和提高光谱检测灵敏度。 实验分别研究了烧蚀激光脉冲和二次激发光脉冲的能量对信号强度的影响。 在烧蚀激光脉冲能量为10 μJ, 二次激发光脉冲能量为2.5 mJ的条件下, LA-LIBS中Cu Ⅰ 324.75 nm原子谱线的强度与单脉冲LIBS相比改善了86倍, 激光烧蚀坑洞的直径小于10 μm。 研究表明: 基于一台皮秒Nd∶YAG激光器, 采用双脉冲LA-LIBS技术可以较好地实现对固体样品的微损元素分析。 该技术在贵重样品分析和高空间分辨的二维元素显微分析中具有一定的应用价值。

食品重金属污染日趋严重，为了探索激光诱导击穿光谱（LIBS）在农产品质量安全检测领域的应用价值，以实验室污染处理的含镉（Cd）大米为例，采用共轴双脉冲激光诱导击穿光谱（DP-LIBS）装置并对实验中的关键条件参数进行优化，探讨了DP-LIBS在提高农产品重金属检测灵敏度与准确度方面的可行性。采用LIBS技术和阳极溶出伏安法，获取9个浓度梯度的含Cd大米样品的LIBS光谱及Cd元素真实浓度信息，再采用一元线性定标回归模型，对Cd的三个特征光谱进行定量分析。结果表明，DP-LIBS能够检测到实验大米样品中Cd元素的最低质量比为5.03 μg/g，Cd元素特征谱线强度与其浓度拟合直线均具有较高的线性相关性。研究表明，DP-LIBS能够提高Cd元素的检测灵敏度与准确度，并可通过一元线性回归模型得到Cd的浓度信息。

正交双波长双脉冲的激光剥离-激光诱导击穿光谱技术能够在较少样品烧蚀的前提下获得高的光谱分析灵敏度, 因此该技术可以从根本上解决在单脉冲激光诱导击穿光谱技术中空间分辨本领与光谱分析灵敏度之间的矛盾。 为了消除在该光谱技术中的实验参数对光谱信号强度及其定量分析结果的影响, 实验研究了银饰品中杂质铜的光谱信号与银元素的光谱信号的相关性。 研究结果表明: 324.75 nm的铜原子辐射线与328.07 nm的银原子辐射线的强度呈很高的线性相关性, 因此选择以银328.07 nm的光谱线作为内标线, 采用内标法就可以消除双光束激光的空间几何配置以及剥离激光脉冲能量等实验参数对铜原子辐射信号的影响, 从而可以采用正交双波长双脉冲激光剥离--激光诱导击穿光谱技术开展银饰品中铜杂质含量的定量分析。 选择银328.07 nm的光谱线作为内标线, 基于内标法建立了铜的校正曲线。 当激光烧蚀坑洞直径约为17 μm时, 当前实验条件下银饰品中铜元素的检出限可以达到44 ppm。