为了加快气体吸收光谱分析算法的求解速度、重构算法的硬件逻辑，采用现场可编程门阵列（FPGA）器件，结合波长调制光谱技术，研制了一种硬件可重构波长调制甲烷传感器。根据应用功能需求，可在硬件层面重构逻辑电路，从而更新系统工作模式和探测参数。采用流水线技术，对光谱分析算法进行了硬件加速，光谱分析部分的输入与输出之间的时间延迟仅为4.05 ms。实验分析了该传感器在连续、间歇两种工作状态下的波形与电流，证明了该系统工作模式的可重构特性，也证实了采用间歇式工作降低激光气体传感器功耗的可行性。采用正弦信号对FPGA算法部分的功能进行了测试，结果表明，测得的信号幅值与输入信号幅值的线性度达到了99.99%。采用中心波长为2 334 nm的分布式反馈激光器作为光源、光程为25 m的赫里奥特气室作为气体吸收池，开展了甲烷检测实验。传感器的线性度为99.97%，响应时间约为4.9 s。艾伦方差结果表明，当积分时间为0.5 s时，传感器的检测下限为7.8×10^-6。开展的甲烷泄露实验证实了该传感器的现场应用能力。设计的FPGA算法，通过硬件编程，可实现传感器工作模式与参数的灵活重构，在激光气体传感领域具有较好的片上集成应用前景。

针对尿液自动化、快速检测的需求，结合微流控技术与生化分析技术，设计并制备了一种基于离心力驱动的碟式微流控尿液生化检测芯片。该芯片采用微流道与毛细阀、虹吸阀和铁蜡阀结合可实现微量样品和试剂有序输送、混合及检测等集成功能，通过COMSOL多物理场仿真软件对芯片上毛细阀和虹吸阀结构进行仿真分析，优化转速。围绕微流控芯片，研制了一套小型化、全自动尿液生化检测系统。通过双光路设计和双波长检测方法降低光源波动和背景干扰对检测结果的影响，并在该系统上进行尿视黄醇结合蛋白重复性和校准分析。结果显示，该系统的精密度变异系数为1.3%~2.46%，说明系统具有较好的重复性。校准曲线表明浓度和吸光度值有良好的线性相关性（R²=0.995）。芯片上4个相同单元结构可完成多样本或多指标的并行检测，有望应用于尿液蛋白的快速检测。

太赫兹辐射中的低频段由于具有很好的穿透性，在太赫兹安检成像系统中得到了广泛的应用，但这增加了人体暴露在太赫兹辐射下的风险，也引发了对太赫兹辐射安全性的担忧。本文建立了皮肤的分层结构模型，计算了皮肤中各层组织的复介电常数和各种光学参数，然后利用蒙特卡洛仿真计算了太赫兹光子在皮肤组织中的传输过程，定量地给出了皮肤各层组织对不同频率太赫兹辐射的衰减倍数。针对穿透性最强的0.1 THz辐射，对光子的穿透深度进行了统计，发现99.9%的光子穿透深度小于0.55 mm，结果表明即使是功率高于损伤阈值的太赫兹辐射也很难传输到皮肤的真皮层下部，证明太赫兹辐射具有较高的安全性，不会对体内器官造成影响。