摇头丸、冰毒和海洛因等常见的毒品在特定波长激发下都可以发射荧光,但这些分子结构中的荧光基团数量较少或量子效率很低,当毒品的浓度较低时,荧光信号很弱,很难被检测到,从而限制了荧光光谱技术在毒检领域的应用。为了提高荧光光谱技术的灵敏度,从荧光信号的发散特性考虑,利用TracePro软件设计用于荧光信号收集的光路,这与传统的采用高功率激光器增加激发光能量和选用高灵敏探测器的解决方案不同;在光路中,选用抛物面型反射镜和菲涅耳透镜对不同发散角的荧光光束进行准直,采用平凸透镜和双凸透镜对光束进行缩束,采用特定尺寸的微透镜阵列对光束进行聚焦。对设计的光路进行仿真的结果表明:光路对荧光信号光的收集效率约为21.08%,比传统荧光收集光路的效率高6倍。所设计的光路可为改进本课题组已经开发的便携式高灵敏毒品荧光检测系统提供技术参考。

基于探测器的测量原理，并针对卡塞格林光学系统的不足，分析了一种新型气体切伦科夫探测器的光学结构。该探测器采用3片90°离轴抛物镜和1片平面反射镜组成的离轴光学系统以减少对光线的阻挡，并将探测窗口置于光学系统的出瞳以提高光收集效率。分析了光学系统的光束限制和光线追迹结果。设计了探测器的集成结构，从提高探测器效率和减少信号干扰等角度分析了探测器的关键设计和制造要求。

为了找到构筑闪烁晶体探测器的优化方法,使用蒙特卡罗方法对闪烁晶体BGO(Bi4Ge3O12,锗酸铋)的光收集效率进行了模拟研究.模拟结果表明:入射面为粗糙面,其余为抛光面,同时外层包装上高反射率的材料,可得到最大的光输出(约59.1%的光子被收集);耦合剂的折射率对得到高的光输出也起着非常重要的作用.

对γ射线探测器中狭长型塑料闪烁体镜反射方式下的光收集问题进行了研究，建立了一种光传输与收集的解析模型，并结合实例计算了光收集效率。