激光诱导击穿光谱(LIBS)因其无需制样、 样品损伤小、 可在线检测以及检测速度快等优点被广泛应用。 激光诱导等离子体是一个十分复杂的物理过程, 受多种因素的影响, 激光入射角是其关键影响因素之一。 脉冲激光入射角的改变会直接改变脉冲激光在样品表面的聚焦光斑形状, 导致脉冲激光照射在靶材表面的功率密度发生改变, 直接影响到脉冲激光诱导等离子体过程, 脉冲激光与靶材法线所成角度的改变还会直接影响等离子体扩散过程。 尽管脉冲激光入射角是激光诱导等离子体过程的关键影响因素之一, 但是在低压环境下, 脉冲激光入射角对激光诱导等离子体过程的影响研究较少, 对激光等离子体的影响仍不明确, 对激光等离子体影响的内在机制还需更加深入的研究。 首先研究了激光入射角对脉冲激光在靶材表面形成的聚焦光斑的影响, 实验和仿真的结果都表明脉冲激光在靶材表面的聚焦光斑尺寸随着入射角的增大而增大, 导致相同激光能量下脉冲激光的功率密度下降; 其次, 采用同轴成像的方式研究了不同气压下激光入射角对激光等离子体的影响, 实验结果显示激光等离子体中心辐射强度会随着入射角的增大而减弱。 当激光入射方向与靶材表面法线成0~15°时; 脉冲激光入射角对激光等离子体中心辐射强度影响较小, 辐射强度降低仅为3.05%, 当激光入射方向与靶材表面法线成60°时, 辐射强度降低可达25.415%, 对激光等离子体中心辐射强度有着较为明显的影响。 最后, 对处于气压10-4 Pa下激光从不同角度入射所产生的激光烧蚀坑进行了微观结构分析, 分析结果表明靶材烧蚀量会随着入射角的增大而增加, 但靶材烧蚀效率, 即单位光斑面积靶材烧蚀量, 则会随着入射角度的增大而下降, 这解释了激光等离子体中心辐射强度随入射角增大而减弱的现象。 该工作有助于理解激光入射角对激光等离子体的影响, 为优化LIBS实验参数提供参考。

穆勒矩阵反映了物体对光波偏振特性的影响，包含大量的物体表面信息。采用基尔霍夫近似法分析了二维随机粗糙面的散射场和散射穆勒矩阵，数值模拟了入射角和相对粗糙度变化时铜、铁、镍、玻璃、铌酸锂的散射穆勒矩阵。仿真结果表明，金属和电介质的穆勒矩阵存在明显差异：随着入射角的增大，金属和电介质的m01、m10、m22、m33参数变化幅度分别小于30%和大于80%；随着相对粗糙度的增大，金属和电介质的m00、m11、m22、m33参数变化幅度分别超过60%和小于20%；金属的m23、m32参数随入射角的增大而增大，随着相对粗糙度的增大而减小，而电介质的m23、m32参数始终为0。这些差异可用于识别金属和电介质，也为物体表面粗糙度的测量提供了一定参考。

目标Mueller矩阵反映了光波在传播过程中偏振态的变化，其包含与目标自身有关的起偏、退偏等偏振特性。为进一步研究目标Mueller矩阵特性，通过将光波传播过程转化为相关半正定二次型函数实现偏振态变化线性运算的方法，定义目标净退偏特性和可以综合评价目标起偏特性和退偏特性的偏振度PΔ，并证明了其在偏振探测目标识别和偏振特性分析中的有效性。最后利用实验测量了不同入射角、粗糙度铝板的Mueller矩阵，通过定义粗糙度对目标偏振特性的影响因子Q和目标偏振特性随入射角变化的稳定性S，分析了入射角和粗糙度对目标Mueller矩阵特性的影响。

利用45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧技术制备超薄四面体非晶碳膜，研究碳源入射角变化对超薄四面体非晶碳膜润湿性、表面能、粗糙度、表面形貌、摩擦系数和微观结构的影响以及它们之间的构效关系。结果表明：碳源入射角从0°增加到60°，薄膜与水的接触角由77.6°小幅增加到了82.4°，与甘油的接触角由64.7°小幅增加到71.2°，表现出亲水性。薄膜总的表面能由33.9 mJ/m2降低到28.0 mJ/m2，薄膜接触角的小幅增大归因于材料表面能的降低和表面粗糙度的增加。同时薄膜平均摩擦系数由0.140增加到0.217。碳的近边结构吸收谱表明，随着碳源入射角从0°增加到60°，薄膜sp3含量没有发生明显变化。

针对石墨烯基的折射率传感系统中存在的大量程和高测量灵敏度无法兼得且仅能实现相对折射率测量的问题,提出了一种基于全内反射式的大量程绝对折射率测量方法。该方法仅通过一维线性运动,实现了大范围角度的精确调控。利用光学4f系统,保证了采样点位置不随入射角的变化而变化。不同入射角下的扫描测量方法的折射率测量范围理论上可以达到1~1.5168,通过对不同质量分数的氯化钙溶液的折射率进行测量,从实验上获得7.203×10 ^-4 RIU的测量灵敏度。

激光波长和激光入射角是影响激光诱导等离子体空间分布和光谱强度空间分布特性的重要因素。基于流体动力学和SAHA方程,仿真了激光诱导等离子体的二维空间演化过程,研究了激发等离子体的辐射光谱空间分布特性及激光波长、入射角度等参数对等离子体特征谱线空间分布特性的影响。研究结果表明:波长为1064 nm的激光在不同延时条件下,最佳激光入射角度均为0°。当入射角度为0°时,所激发的等离子体辐射在不同的探测角度处均有较强的光谱信号,且在100,500,1000 ns延时条件下,最佳探测角分别为±41°、±11°和±12°。对于不同的波长,当延时分别为100 ns和500 ns且激光以0°入射时,长波长激光所激发的等离子体光谱在不同探测角处的强度均强于短波长激光。当延时为100 ns时,1064 nm波长激光所激发的光谱在最佳探测角位置的强度约为532 nm和266 nm波长激光所激发的光谱在各自最佳探测角位置强度的2倍。随着探测角绝对值的减小,等离子体辐射光谱强度先增大,到达最佳探测角后强度再减小。入射波长分别为532 nm和1064 nm的激光诱导击穿光谱实验结果验证了仿真结果。

穆勒矩阵是一种用斯托克斯矢量描述光波在传播过程中偏振态变化的关系矩阵，是获取物体偏振特性的重要手段。但穆勒矩阵的测量与材料、粗糙度、入射角、环境等因素有密切关系。采用多次旋转波片和偏振片的方法测量了不同入射角下，铜、铝、钢、硅和蓝宝石五种材料的穆勒矩阵，分析了入射角对穆勒矩阵各分量值的影响。根据Lu-Chipman 极化分解方法对穆勒矩阵进行了分解，并分析了样品双向衰减特性、起偏特性、相位延迟特性、退偏振特性与入射角之间的关系。同时发现金属和电介质材料m23、m32两个分量随入射角变化的规律不同，可作为区分金属与电介质的一个依据。该分析结果对研究物体的偏振特性和材料识别有一定参考价值。

高光谱分辨率光栅光谱仪是探测太阳大气活动的重要仪器。由于光栅衍射效率受光栅入射角的影响, 从而直接影响光栅光谱仪的能量利用率, 因此如何准确确定光栅入射角是光栅光谱仪光学设计面临的重要问题之一, 现有方法多依靠工程实践积累的经验。为此, 以多个特征谱线均能获得更高光栅衍射效率为优化指标, 以光栅入射角为研究对象, 提出了一种高光谱分辨率光栅光谱仪的优化设计方法, 并给出了针对云南天文台 1 m 新真空太阳望远镜 (NVST) 的多波段光栅光谱仪设计方案。