病原微生物是指可侵犯人体, 引起感染的微生物, 临床上由病原微生物感染引发的疾病极为常见。 传统的临床病原菌诊断主要依赖于细菌培养, 但此方法耗时长, 往往需要2～5 d才能得到检测结果, 并且存在部分细菌培养困难甚至无法培养的问题。 在无法鉴别菌种以及药物敏感性的情况下医生凭借经验使用广谱抗生素, 加速了细菌耐药性的产生。 因此, 病原微生物的高灵敏快速检测方法研究成为重要研究方向。 拉曼光谱技术是一种对待测样品进行原位、 非侵入性检测的技术, 可在单细胞水平上提供微生物细胞中不同生物分子的指纹图谱信息, 通过这些信息可以确定微生物的种类、 生理特征和突变表型等, 实现对微生物样品的快速检测。 随着激光光谱学的快速发展以及临床需求的不断增加, 促使了以拉曼光谱检测技术为核心的亚技术诞生（如: 表面增强拉曼光谱技术、 傅里叶变换拉曼光谱技术、 激光共振拉曼光谱技术、 共聚焦显微拉曼光谱技术、 相干反斯托克斯拉曼光谱以及受激拉曼光谱等相关技术）, 同时改善了以往拉曼光谱技术信号强度弱的不足, 以实现对微生物高精度的快速检测分析。 凭借着其具有对样本的状态没有限制以及能够检测物质成分微小变化的优势, 近年来对拉曼光谱在病原微生物领域的研究日渐增多。 对微生物检测的研究现状进行了调查和分析, 围绕着拉曼光谱技术原理对其在微生物检测中的应用进行了具体阐述, 其中主要对该技术在病原微生物鉴定以及药敏检测中的研究进展展开讨论, 并就其与传统检测技术之间的差别和优势进行分析, 展示了拉曼光谱技术作为病原微生物的快速检测新方法的前景。

金属是组成超材料的重要成分, 因此确定金属的表面二阶非线性系数对超材料非线性的研究十分重要。使用高灵敏度的光谱仪测量倍频信号, 通过二阶非线性系数已知的石英晶体的Maker条纹对采集信号定标。实验上使用波长为800nm的飞秒激光为光源, 系统地测量了入射角10°到80°范围内, 不同偏振的飞秒激光入射到基于真空气相沉积镀制的35nm金薄膜上产生的倍频光强度, 从而确定金膜的三个二阶非线性系数。实验测量数据与理论拟合一致。

煤矿区土地复垦及复垦监测工作, 对于我国土地利用和生态环境治理具有重要意义。 微生物复垦技术能够促进植物吸收利用矿质养分和水分, 增强土壤肥力, 对矿区生态恢复具有显著作用。 监测和评价土地复垦效应对植物生长影响的传统方法, 通常采用野外采集植物和土壤样本并进行室内分析, 但这些方法不仅破坏植物根系原状土壤, 造成植株损伤, 而且耗费人力、 物力, 时效性差。 高光谱遥感技术具有数据获取速度快、 信息量大、 精度高且无须离体破坏植株等优点, 对于土地复垦监测有非常大的潜力。 目前, 土地复垦效应遥感监测相关研究仍以观测盆栽大豆、 玉米等作物的叶片光谱分析为主。 实际上, 卫星遥感数据观测到的是冠层光谱, 并非叶片光谱, 但目前还没有通过植被冠层光谱对矿区土地复垦进行监测的研究成果出现。 植被冠层光谱不仅受到叶片光谱的影响, 还受到植株长势、 下垫面等其他因素的影响, 光谱特征变化更为复杂。 矿区植被冠层光谱特征对于土地复垦效应的敏感度分析, 是对矿区植被理化参量进行定量反演的基础, 也是限制高光谱技术应用于大面积土地复垦监测的主要瓶颈。 于煤炭矿区土地复垦实验基地开展野外冠层光谱观测实验, 获取了接菌组和对照组野外植株冠层光谱数据, 并从光谱波形变化和光谱特征参量变化两方面综合分析了植被冠层光谱对土地复垦的敏感性。 冠层光谱波形方面, 分别采用标准差和光谱敏感度作为组内和组间光谱波形差异的有效指标; 冠层光谱特征参量方面, 选取了植被红边、 黄边、 蓝边、 绿峰、 红谷等典型光谱特征, 计算获取其位置、 斜率、 面积等特征参量, 并通过描述性统计和单因素方差分析研究了这些冠层光谱特征参量对土地复垦效应的敏感性, 挑选出矿区土地复垦监测的有效特征参量。 研究表明, 接菌组和对照组冠层光谱的主要波形变化趋势一致, 但接菌组植株的生长状况更稳定, 不同植株之间差异较小, 且绿峰和红谷两个特征更突出。 这说明土地复垦能够减少植株间冠层光谱差异, 增强植被典型光谱特征, 而绿峰和红谷对土地复垦有较高的光谱敏感度。 光谱特征参量方面, 绿峰、 红谷、 红边波长在土地复垦作用下显著向长波方向移动, 而此前叶片光谱研究中对土地复垦较敏感的红边、 蓝边斜率变化并不显著。 这说明, 野外植被冠层光谱分析结果与实验室植被叶片光谱分析的结果并不完全一致, 这可能和植被类型、 生长周期、 土壤背景光谱干扰等因素相关。 在采用卫星或航拍遥感数据进行矿区植被环境监测时, 所获取的都是植被冠层光谱, 因此本研究所得到的结论具有更强的参考意义和实际应用价值。

针对电磁干扰(EMI)导致电子系统关键功能单元行为失效或安全问题, 研究基于供电网络传导耦合的核心可编程集成电路(IC)电磁敏感(EMS)特性。分析典型FPGA供电网络的拓扑结构及其EMI传导耦合机理, 设计基于EMI直接功率注入法的敏感度测试平台, 测试受试芯片供电网络EMI传导耦合时典型功能单元的EMS特性, 获取输入输出端口(IO)、逻辑单元(LE)、内部锁相环电路(PLL)等功能单元的敏感度阈值, 给出LE冗余设计对相应电路EMS特性的影响规律。结果表明, 在10 MHz~1 GHz干扰频率范围内, 供电网络EMI敏感度由高到低依次为PLL, LE, IO, 且IC地网络EMI敏感度高2~7 dBmW, LE冗余设计能有效改善逻辑功能单元电磁敏感度。

针对现有表面等离子激元折射率传感器纵向探测深度小、探测范围无法覆盖整个细胞厚度的问题,提出一种大探测深度、高灵敏度的活细胞折射率实时测量方法,并利用该方法开展了药物敏感性的实验研究。基于偏振选择吸收效应,设计并搭建了全内反射条件下的石墨烯折射率传感系统,进行了不同质量分数氯化钠溶液折射率的测量,结果表明系统具有9.5×10 ⁶ mV/RIU的灵敏度和5.5×10 ^-7RIU的分辨率;利用该系统开展了活细胞药物敏感性的实验研究,分别研究了顺铂和紫杉醇作用于Ramos细胞和Jeko-1细胞时生物演化过程中细胞折射率的实时变化规律,验证了折射率变化与其药性机理作用的一致性。