大气气溶胶是重要的大气污染物之一，气溶胶质量浓度的垂直分布及其与气象要素的相互影响，对理解大气污染传输具有重要意义。激光雷达因具有高时空分辨率的探测优势而成为研究气溶胶颗粒物立体分布的有力工具。本文利用深圳米散射激光雷达、微波辐射计和近地面气溶胶质量浓度监测仪，根据均方差选取最优参数，建立基于消光系数的温湿融合PM_2.5质量浓度反演模型，并以深圳气象梯度观测塔4个高度的PM_2.5质量浓度小时均值为基准，对模拟结果进行了验证分析。结果显示：模拟值与观测值两者的变化趋势一致性较好，相关系数受模拟高度、相对湿度影响，并进行了晴天、多云天气下的比对，深圳气象梯度观测塔上4个高度的模拟值和实测值相关系数均大于0.68，平均绝对误差和均方根误差最大值分别为6.88 μg/m³和18.56 μg/m³。比较4个季节的模拟效果发现，冬季的模拟结果准确性要低于其他三个季节。最后通过个例分析，结合地面温度、相对湿度、风场和气压场，分析了深圳夏季颗粒物质量浓度的时空分布特征。

为了评估相干测风激光雷达在不同扫描模式下探测效能与气象要素之间的联系, 使用2020-08~2021-07期间广汉机场相干测风激光雷达探测数据进行了分析验证。结果表明, 方位角测量模式扫描方式下, 探测距离在3 km之后, 探测效能线性下降,90°扫描时, 500 m后探测效能开始线性下降; 总体探测效能在11月最高, 7月最低; 11月至次年7月呈下降趋势, 7~11月呈上升趋势; 在日落后至日出前的探测效能较低, 在午间探测效能最高; 夏秋季节, 激光雷达探测效能与PM2.5质量浓度呈现正相关, 与降雨量的对数呈负相关。该研究为机场激光雷达识别低空风切变准确度提供了重要的基础保障。

为了研究激光技术在废水降解领域中的应用, 采用激光诱导空化技术对酸性黑溶液进行降解, 通过紫外分光光度计对降解后的溶液进行分析表征, 获得激光能量和溶液初始质量浓度对降解能力的影响;结合空泡动力学理论和空化化学效应, 揭示了激光空化降解酸性黑溶液的机理。结果表明, 随着激光能量的增加, 初始质量浓度为20 mg/L的酸性黑溶液的降解率从0.78%逐步增加到27.28%; 在100 mJ激光能量下, 当溶液中酸性黑溶液的初始质量浓度从5 mg/L提升至20 mg/L时, 降解率从98.55%降低至7.63%;激光能量越高, 降解率越大; 初始质量浓度过大, 则激光空化难以对酸性黑溶液进行降解。该研究推进了激光空化降解染料等有机废水技术的发展。

中红外衰减全反射光谱技术在人体血糖检测方面具有快速、绿色的天然优势。但人体血液中其他组分的存在会影响葡萄糖含量检测的准确度。因此，研究了人体血液中胆固醇、白蛋白以及尿素的存在对红外光谱法血糖检测的干扰程度。以117份含有不同干扰物以及不同质量浓度的葡萄糖仿体溶液为研究对象，对原始光谱进行SG（Savitzky-Golay）平滑处理后构建偏最小二乘回归模型，并构建Clarke Error Grid以及预测值与真实值对比图进行进一步分析。结果表明：全干扰物模型预测集相关系数（R_p）以及预测集均方根误差（RMSEP）分别为0.9785和40.0187，有85.7%的预测结果落在Clarke Error Grid可靠区（A区）；缺失胆固醇模型的R_p以及RMSEP分别为0.9042和175.7292，有40%的预测结果落在A区；缺失白蛋白模型的R_p以及RMSEP分别为0.9616和103.6627，有42.9%的预测结果落在A区；缺失尿素模型的R_p以及RMSEP分别为0.9742和38.6716，所有预测结果都落在A区。由此可以看出，胆固醇的干扰程度最大，白蛋白次之，尿素产生的干扰较小。本研究对提高红外光谱法葡萄糖检测的准确度具有一定帮助以及参考价值。

叶绿素的检测和监测在植物生理、水质状况、农业管理和生态系统健康等方面具有重要意义。笔者设计了一种基于微波光子滤波器（MPF）射频强度的叶绿素检测系统，该系统利用叶绿素质量浓度变化导致光纤端面反射率发生变化的原理，根据射频强度与叶绿素质量浓度之间的关系，实现对叶绿素的检测。该系统具有体积小、抗干扰能力强的特点，而且可以实现长距离检测。在该系统中，宽谱光源、微波信号源、掺铒光纤放大器、电光调制器、隔离器、光耦合器、光电探测器、频谱仪、光纤等构成了迈克耳孙干涉仪结构的微波光子滤波器。提取不同蔬菜的叶绿素溶液，采用该系统对叶绿素溶液进行检测，验证了其在植物叶绿素检测方面的可行性。采用该系统检测了叶绿素实验原液以及由叶绿素标准溶液配制的不同质量浓度梯度的叶绿素溶液，验证了射频强度与叶绿素质量浓度之间存在较好的线性关系，其中最大射频强度与叶绿素质量浓度的线性拟合度（R²）达到了0.9741，灵敏度为0.007881 dB/（μg·L^-1），最小射频强度与叶绿素质量浓度的线性拟合度达到了0.9841，灵敏度为0.02258 dB/（μg·L^-1）。上述实验结果表明该系统在高质量浓度叶绿素和低质量浓度叶绿素情况下均具有较好的传感性能。

大气边界层低空急流是一种重要的边界层物理过程，与污染传输、航空安全、风能开发利用等存在密切联系。相干多普勒测风激光雷达自2020年9月21日至2021年5月8日布设于辽宁葫芦岛市开展风场观测实验，使用激光雷达垂直风场观测资料对该区域大气边界层低空急流展开观测研究，并结合ERA5再分析资料与环境监测站PM_2.5质量浓度数据分析。研究时段内，低空急流出现频率为0.11，平均急流风速为13.2 m?s^-1，急流风向主要集中在东北向与西南向，急流高度主要在500 m以下，在200~300 m频率最高；低空急流风向在冬季与春季存在明显差异，冬季主要集中在东北向，春季主要集中在西南向。分析表明，该区域边界层低空急流的风向主要受到大尺度天气环流背景以及海岸线走势的影响；在沿海区域，海陆热力性质差异引起的温度梯度会根据不同背景风场为急流形成提供有利或不利条件，进而影响不同风向情况下的急流发生频率。夜间边界层低空急流通过增强近地层大气垂直扩散能力，加速PM_2.5质量浓度的降低或削弱其增长速度。

我国针对环境空气颗粒物污染治理的政策日益严格。为解决工业现场长期测量稳定性的问题，国内外研究者提出采用鞘流结构来制约颗粒物重叠和光腔污染的方案。从光腔结构、质量浓度计算方法和气路结构三方面入手，对传感器的测量精度和抗污染性进行优化。基于光学追迹，对光腔结构进行模拟，以实现散射光的最佳收集效果；通过修正特征参数，降低传感器的测量误差；设计简易内循环模式的鞘气保护结构，降低由颗粒重叠导致的测量误差并对光腔进行保护；研究上述结构下气体流速对总尘浓度（TSP）、PM₁₀和PM_2.5检测结果的影响，设置最优的气泵流量。实验结果表明，得到了高稳定性的气溶胶浓度传感器，可同时测量TSP、PM₁₀和PM_2.5的质量浓度，测量误差小于±5%。

建筑工地扬尘等气溶胶是大气污染的重要来源,激光雷达是探测建筑工地基坑开挖阶段气溶胶水平时空分布的有力手段。一台532 nm波长的便携式微脉冲激光雷达发射激光并接收气溶胶颗粒与激光相互作用的后向散射回波信号,结合颗粒物浓度监测仪,利用Klett法和分段斜率法反演气溶胶水平消光系数和PM₁₀质量浓度。结果表明,用激光雷达探测的消光系数反演工地PM₁₀质量浓度是可行的。当基坑开挖、渣土外运等施工作业开始时,工地内的气溶胶颗粒浓度明显高于周边区域,且会向周边扩散;停止施工后,在无风情况下,气溶胶颗粒会聚集在工地区域内,PM₁₀质量浓度会维持在一个高水平阶段。研究结果为掌握并控制工地气溶胶颗粒排放情况提供了技术支撑。

2017年11月1日~2018年5月15日在济南市泉城广场空气质量监测点位开展微脉冲激光雷达水平探测，实验期间能见度、常规污染物浓度以及PM2.5化学组分同步观测，定义能见度仪所在处为参考层处，采用Fernald方法计算水平气溶胶消光系数，进一步利用线性回归模型建立PM2.5浓度、消光系数、PM2.5化学组分之间的关系式，通过趋势比对、相关系数和标准化平均偏差研究该关系式的反演精度。结果显示：结合能见度仪反演消光系数更为准确；反演的消光系数与PM2.5质量浓度之间具有较好的正相关关系(相关系数R=0.75)，同时消光系数、PM2.5质量浓度均与PM2.5化学组分中的SO■■、NH■■ 、OC、NO■■、EC有较高的相关性，利用线性回归模型建立PM2.5浓度、消光系数、PM2.5化学组分之间的关系式，该定量关系式反演的PM2.5质量浓度与实际监测值在趋势上基本一致，二者相关性较好，相关系数为0.83。标准化平均偏差为18%，相对偏离程度较小。

糖尿病日益严重地威胁人类健康,但无创血糖检测的方法仍未能在临床上应用,为了解决这一重要问题,从源头进行探索,研究光源随葡萄糖质量浓度变化的光谱特性。在600~1300 nm的波长范围内研究不同葡萄糖质量浓度的溶液的吸收光谱特性和不同葡萄糖质量浓度的2% Intralipid组织模拟液的反射光谱特性,利用单调性、线性度和灵敏度对光谱特性进行分析。实验结果表明,吸收光谱在1140~1210 nm和1130~1200 nm的波长范围内的光波和反射光谱在1010~1130 nm和1150~1300 nm的波长范围内的光波,具有单调性、出色的线性度、灵敏度高的特点。因此认为具有这些特征的光波应用于无创血糖的检测,有助于提高准确性和灵敏度,推动光学无创血糖检测的方法进入临床应用。