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。

为了实现窄带完美吸收，本文提出了一种简单的三层金-二氧化硅-金薄膜(MDM)结构。通过电磁波时域差分算法(FDTD)进行模拟仿真和理论计算，详细分析了该结构的可调谐吸收特性，同时建立了理论模型，分析了其中存在的电磁模式以及窄带完美吸收的物理机制。首先，利用电磁波时域差分算法和传输矩阵算法(TMM)对该结构进行了理论计算，详细地分析了各个结构参数对吸收光谱的影响。然后，对该结构形成的窄带完美吸收物理机制进行了分析讨论。最后，利用磁控溅射制备手段，成功制备了三层结构的样片。实验观测到的结果与理论仿真一致。实验结果表明：本文提出的窄带完美吸收结构，最窄带宽约为21 nm，最高吸收可达99.51%，基本实现了窄带完美吸收。本文研究成果为相关应用奠定了基础。

采用高温固相法制备Na⁺、In³⁺、Ge⁴⁺单掺或共掺杂的LiScSi₂O₆∶Cr³⁺荧光粉，通过漫反射光谱、光致激发和发射光谱、量子效率测试等手段对其光吸收及光致发光性能进行了研究。实验结果表明，Na⁺、In³⁺、Ge⁴⁺等离子单独掺杂均可提升LiScSi₂O₆∶Cr³⁺荧光粉对460 nm蓝光的吸收，而多格位阳离子共掺可进一步增强光吸收能力，吸收效率可从最初的50.5%提升至60.9%。多格位离子单掺或共掺引起Cr³⁺占据八面体结构畸变程度增加，从而导致光吸收增强。优化荧光体系LiSc_0.4In_0.6Si_1.6Ge_0.4O₆∶Cr³⁺的近红外发射峰波长为860 nm，半高宽为160 nm， 内、外量子效率分别为72.5%和41.8%，封装制成的荧光转换型LED器件在100 mA驱动电流下近红外光输出功率为 63.1 mW，近红外电光转换效率为22.3%，表现出较好的近红外发光综合性能。本研究工作为增强Cr³⁺激活近红外荧光粉的光吸收提供了一种有效手段。

为了实现煤热解过程中痕量乙烯（C₂H₄）标识气体的在线识别与检测，结合波长调制与长光程技术，搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1 620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源，有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池，利用SR830进行波长解调，通过二次谐波信号反演得到乙烯浓度。使用高精度流量控制器，利用高纯氮气稀释乙烯配比，制备得到10×10^-6到90×10^-6的标准乙烯样气，其线性拟合的相关系数R²为0.998 9；对浓度为20×10^-6的乙烯进行连续4 000 s的Allan方差分析，实验结果表明，检测极限为121×10^-9。为了研究不同气体氛围下煤热解过程中乙烯浓度的演化规律，控制气体流速为150 mL/min，分别在氮气、空气以及合成空气中对乙烯标识气体的释放过程进行热重分析实验。研究发现，当温度小于500 ℃时，3种气体环境下乙烯释放量较少且基本一致，当温度在500~700 ℃时，氮气环境中乙烯释放量要远高于其他两种气体，但空气中乙烯释放的增速最快，最大释放量约为40×10^-6，温度高于700 ℃时乙烯释放量均开始减少。这一结果为进一步探索煤热解中乙烯的生成机理提供了理论和实验基础。

硅基光电子与CMOS工艺兼容，借助成熟的微电子加工工艺平台可以实现大规模批量生产，具有低成本、高集成度、高可靠性的优势。其中，硅基半导体探测器是目前应用最为广泛的可见光波段探测设备，将其工作频段拓展到近红外波段具有重要意义。由于硅的禁带宽度，硅基材料在近红外波段电磁波吸收存在明显限制，硅基探测器在近红外波段的应用受到挑战。根据纳米金属粒子发生局域表面等离子共振时产生的近场增强效应，提出了一种纳米金属粒子梯度掺杂的硅基结构。通过应用等效介质理论，模拟了复合硅基结构在可见光与近红外波段的吸收特性。结果表明：该结构在近红外波段具有电磁波吸收提升效果，并且当选择纳米金粒子梯度递增掺杂时，可以在610~1450 nm波段提升吸收性能，最高提升可达到10.7 dB。所提出的结构可以有效增强硅基材料在近红外波段的吸收效率，研究结果为硅基半导体探测器在近红外波段的应用提供了重要参考。

本研究在不同气氛（空气、氮气）、分散液（水、甲醇、乙醇）以及不同剂量条件下对4种典型的金属有机框架材料（MOFs）（MIL-101（Cr）、ZIF-8、UiO-66和UiO-66-NH₂）进行了电子束辐照处理。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射谱和扫描电子显微镜等方法对MOFs材料在辐照前后的化学组成、晶体结构和表面形貌进行表征。结果表明，上述4种MOFs材料在高于5 000 kGy的剂量辐照后，其相应的红外特征峰、衍射峰和表面形貌特征均未产生显著变化，表现出了良好的辐射稳定性。这为MOFs材料在辐射环境下的进一步应用提供了研究基础。

中红外激光领域广泛使用高性能高反射光学元件，高反射率高精度测试技术是制备高性能反射光学元件的基础。针对2.7～3.0 μm波段光学元件高反射率测量的实际需求，基于量子级联激光器建立了连续光腔衰荡反射率测试实验装置，通过优选2.7～3.0 μm波段反射带内水汽吸收较弱的测试波长，分析空气中水汽吸收对衰荡时间和反射率测量的影响，并比较空气和氮气环境下反射率测量结果，实现了2.7～3.0 μm波段高反镜反射率的准确测量，在反射率约99.95%时绝对测量精度优于2×10⁻⁵。实验结果显示，采用测试波长2.9 μm并在测量时保证初始腔和测试腔腔长相同，无需使用氮气环境，直接在实验室空气环境可实现高反射率的精确测量。