海洋与大气交换的CO₂通量是研究海-气之间碳循环过程及海洋酸化问题的重要指标, 其估算方法主要依赖于海水中CO₂的测量。 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)作为一种常用的气体浓度检测技术, 因其具有较好的环境适应性、 选择性和较高的灵敏度, 亦可发挥出水中溶存气体原位测量的潜力。 为验证将TDLAS技术应用到海洋中溶存CO₂原位探测的可行性, 将渗透膜脱气技术与实验室研发的TDLAS气体探测样机相结合, 实现了海水中溶存CO₂的原位探测。 为适应水下的复杂环境, 样机整体被设计为铝合金密封舱结构, 具有良好的密封性、 耐压性与耐腐蚀性。 激光光源采用中心波数位于4 990 cm^-1的DFB激光器, 其波数扫描范围为4 992~4 994.5 cm^-1, 可覆盖CO₂在4 992.51和4 993.74 cm^-1的相邻两条吸收谱线。 渗透膜采用具有优秀耐压性与透气性的Teflon AF-2400 X, 可满足样机在深水区长期探测的目的。 为兼顾较高探测灵敏度与较快响应速率双重指标要求, 样机采用了一种小型化多次反射式气体吸收池, 有效吸收光程可达8 m, 内部仅需气体量24 mL, 具有良好的吸收特性。 在实验室对样机进行校正实验, 使用样机对5种不同浓度(202.8×10^-6, 503×10^-6, 802×10^-6, 1 006×10^-6和2 019×10^-6)的标准CO₂气体进行测量, 测量值与实际值的线性相关度R²高达99.94%, 最大相对误差小于8%, 减小了样机误差对测量值的影响。 为评估样机长时间工作的稳定性, 使用样机对浓度为802×10^-6的标准CO₂气体进行了30 min的连续测量, 平均测量浓度为802.6×10^-6, 其波动范围仅为10×10^-6, 样机精度约为0.5%, 可满足水中溶存气体探测的要求。 选取水深3米的近海码头进行试验, 成功获得了24 h水中CO₂的典型吸收光谱及浓度时间序列测量结果, 验证了样机水下工作的能力与稳定性。 通过在东海海域五处不同深度的区域进行现场试验, 成功获取溶存CO₂的典型吸收光谱, 证明了结合渗透膜脱气技术的TDLAS探测样机在30 m以浅水域的工作适应性。

为了提高微透镜阵列单点金刚石车削的加工精度与一致性，提出了加工误差的理论模型，并针对其补偿方法进行了理论分析和实验研究。将微透镜阵列加工等效为自由曲面加工，通过建立单点金刚石慢刀伺服切削模型，计算了理论曲面在每一个切削点处沿切削方向的曲率半径；结合刀具等效倾斜角模型和机床加工时延模型，进一步得到了慢刀伺服切削微透镜阵列误差面形的理论预测值。然后，使用原位测量设备测量处理得到实际加工误差，将面形误差理论值与实际加工误差测量值比较，并将面形误差理论值预补偿到加工程序中。实验结果表明，面形误差理论值与实际加工误差测量值具有一致性，两者偏差在［-0.7 μm，0.3 μm］；补偿加工后微透镜阵列的PV值从5.4 μm降低到0.6 μm。所提出的微透镜阵列的单点金刚石车削加工与补偿方法能够预测误差面形，显著提升面形精度与一致性。

基于掺杂光纤光热转换效应和光纤光栅测温原理研发了一种全光纤微型土壤水分含量传感器。利用1480 nm泵浦激光对埋设在土壤中的掺钴光纤加热，同时利用刻写在掺钴光纤上的布拉格光栅测定其温度变化，根据加热过程中温度特征值与含水率之间存在的线性关系实现土壤水分含量的原位测量。为了验证该方法的可行性和传感器准确度，搭建了土壤水分含量测试平台并进行实验，实验表明温度特征值与土壤含水率之间存在线性关系；且研发的全光纤微型土壤水分含量传感器所测土壤含水率与烘干法有较好的一致性，最大误差−1.41%，明显优于电导率法。这种新型的土壤水分含量测量方法具有微型化、低功耗的特点。