针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象，研究了脉冲序列中首次击穿时的延迟脉冲数，发现其与种子电子、脉冲击穿概率以及微波场强密切相关。研究发现，微波场强可通过作用于种子电子间接影响脉冲击穿概率和延迟脉冲数，由此提出利用延迟脉冲数估计微波击穿临界场强的方法，并定义在脉冲击穿概率大于一定值时的微波临界场强作为击穿阈值。推导了脉冲击穿概率的估计公式，并对估计量的性能进行了分析，随后利用S波段微波大气击穿模拟装置开展了实验验证。实验结果表明，在一定范围内，重复频率微波脉冲击穿延迟脉冲数仅与种子电子产生率和脉宽成反比，能用于估计脉冲击穿概率，进而给出击穿临界场强。

为了消除激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）中的自吸收效应，提高元素定量分析的精确度，同时满足工业中便捷分析元素的要求，需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术（self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy，SAF-LIBS）的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术，使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度，并将声光调制器（acousto-optic modulator，AOM）作为门控开关，从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器（intensified charge coupled device，ICCD）和中阶梯型光栅光谱仪，实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积，降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后，对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明，等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1 ~ 50 kHz激光重复频率范围内，Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱，确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下，Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小，在45°处信噪比最高，且在一定的积分时间下，最佳光学薄时间t_ot为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下，对Al元素进行定量分析和预测结果表明，Al元素定标曲线的线性度R²为0.982，平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽，同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点，有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。

激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是利用强脉冲激光与物质相互作用所产生的等离子体光谱来实现对物质组成元素定性和定量分析的一种新方法。在脉冲激光诱导等离子体的过程中，不同的激光参数(能量、脉宽、波长)、检测过程中的环境条件以及材料本身的特性等，对激光诱导等离子体的物理机制都有不同程度的影响，进而影响LIBS定量分析的结果。本文综述了现阶段LIBS技术中包括LIBS基本原理、激光参数区别、环境和材料特性差异所涉及的物理机制。为深入理解激光与物质相互作用、提升LIBS检测能力提供了依据。

针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象，研究了脉冲序列中首次脉冲击穿延时和后续脉冲击穿延时，研究结果发现首次脉冲击穿延时在脉宽范围内大致均匀分布，后续脉冲击穿延时波动性较小。根据击穿延时数据对电离率进行了分析，指出在重复频率条件下，初始电子密度较高，电子密度分布不适用指数分布，无法用延时数据标准差对电离率进行估计。提出了一种用重复频率脉冲击穿延时数据计算电离率的方法，并将计算结果与仿真结果进行了对比，结果显示，二者有较好的对应关系。