基于McKenna燃烧器的平面火焰携带流燃烧器系统的燃烧环境，采用彩色相机测温系统对运动中的燃煤颗粒进行拍摄。彩色相机测温系统经过黑体炉进行温度测量标定后，利用其r、g波段的响应，采用双色法对燃煤颗粒的温度进行测量。测温系统的标定采用基于BP神经网络训练的方法进行，通过对蜡烛燃烧火焰的拍摄，将得到的颗粒温度与热电偶数据进行对比，验证了测温系统的可靠性。实验研究了燃烧器出口不同距离处燃煤颗粒的温度信息，结果表明，燃煤颗粒温度随颗粒到喷嘴出口距离的变化整体呈先上升后下降趋势。该结果为研究煤粉燃烧过程及着火机理提供了参考。

针对固体、液体不同形态易燃易爆危险物品准确识别的要求，设计并搭建了多组件太赫兹时域波谱仪。用该波谱仪检测了两种不同形态的易燃易爆危险品。测试结果表明，该波谱仪在0.1～2 THz频谱范围内检测危险品时都能得到明显的特征吸收峰，因此可以使用该波谱仪识别不同形态的危险品，并为公共安全检查提供一种新的方法。

利用种子区域增长对超声乳腺肿瘤图像进行分割是一种常用的计算机辅助诊断方法。为实现种子点的自动快速定位，满足实时在线分割图像的需求，根据超声乳腺肿瘤图像的结构特征，综合图像的灰度因素和空间因素，提出了一种基于迭代四叉树分解的算法。该算法将满足特定阈值的图像分裂转化为寻找种子区域，以实现种子点的自动定位。对105幅超声乳腺肿瘤图像进行了实验验证，结果表明，该算法准确率能够达到94.28%，平均耗时2.97 s，不但满足了种子点的自动定位于图像肿瘤内部，而且需要调整的参数少，其定位效率要高于人工选择。

为了快速检测马铃薯晚疫病，采用高光谱成像技术对马铃薯晚疫病的空谱信息进行对比研究以得到最佳判别手段。使用高光谱相机采集病害侵染0～6 d的高光谱图像，同时选取第6 d典型晚疫病病害的高光谱数据作为研究对象。采用二阶导数结合主成分分析和二次主成分分析分别从光谱和空间两个方面进行特征提取，之后基于特征波段反射率和主成分图像灰度值建立K最近邻分类算法、BP神经网络、决策树算法3种识别模型对不同时期病害进行识别。实验结果表明：基于二次主成分图像的灰度值结合BP神经网络建立的模型对马铃薯晚疫病的识别具有良好的成效，其识别率达96.6%。利用主成分图像灰度值建立的3种模型既减少了波段的冗余又提高了识别率，为研究和开发实时在线检测仪器提供了参考。

针对光学相干断层扫描仪在临床使用中出现稳定性差、容易造成信号衰减、维护周期短的现状，从市场上主流四代频域光学相干断层成像（OCT）设备取样，收集临床信号衰减故障信息。结合OCT原理，通过统计学原理分析了OCT内部各部件对稳定性的影响，并通过层次分析法分析各影响因素对OCT稳定性的权重。根据分析结果得出影响OCT长期稳定性的主要因素是光谱仪局部受热引起机械变形，进而导致信号衰减。根据层次分析结果对提高OCT长期稳定性的方法进行简要的探讨。

为了提高拉曼光谱仪的探测灵敏度，设计了铜基表面增强拉曼散射（surface enhanced Raman scattering, SERS）薄膜基底。以Cu₄₀Ti₆₀合金为靶材，通过控制磁控溅射参数获得了一系列铜钛合金薄膜，采用脱合金法进一步获得了不同结构的铜基薄膜，系统地研究了不同溅射参数对铜基薄膜的SERS特性的影响，确定了制备SERS基底的最佳溅射参数。脱合金后所得铜膜具有多孔结构，能形成高强度局域电磁场，即SERS“热点”（hotspots），从而表现出优异的SERS增强性能。该基底制备成本低，重复性好，能用于灵敏检测且SERS增强因子可达1.8×10⁷，具有较好的应用前景。

本文设计了一种具有高增益、高效率、低损耗特性的16单元连续横向枝节（continuous transverse stub，CTS）天线阵列。该天线的辐射枝节部分采用了串联的结构来降低损耗，从而提高辐射效率，并且使用了功率分配器和辐射器组合的方式给CTS阵列天线进行馈电，改善了CTS阵列天线的阻抗匹配和方向性，使天线可以在双频段工作。对设计的天线采用电磁仿真软件HFSS进行仿真优化，仿真结果表明，CTS阵列天线在75～80 GHz和85 ～89 GHz双频带内S₁₁值小于?10 dB，工作频率在78.8 GHz时增益为28.6 dB，在87.5 GHz时增益为28.4 dB，天线效率均超过50%，主瓣波束宽度为4.4°。

偏折器可以调控电磁波的传播方向，在传感、光通信等领域具有重要的地位，但是色差问题使传统偏折器的偏折方向随波长变化，很大程度上限制了偏折器的发展。为了消除偏折器中的色差问题，通过对太赫兹偏折中色差问题的物理机理进行分析，采用几何相位与共振相位结合的设计方法，在全介质超表面上实现宽带消色差偏折的功能。利用有限时域差分法（FDTD）在0.5 THz到1.1 THz的宽带范围内仿真验证设计的方法并实现了超表面消色差偏折的效果。

利用石墨烯的电导率可以通过电压调节的特性，研究了一种基于单层石墨烯的太赫兹调制器。为了提高太赫兹?石墨烯相互作用强度，调制器采用一种石墨烯?金属复合结构。全波电磁数值仿真结果表明，在反射工作模式下，该器件在3.5 THz的调制深度大于90%。采用平面半导体工艺，实现了调制器原型器件，并对其反射谱进行了测试，实验数据与仿真结果相符，这为以后实现高质量的太赫兹调制器奠定了基础。

液相脉冲激光烧蚀法合成纳米颗粒是一种绿色环保的制备方法。基于该方法搭建了一套氧化铟锡（ITO）纳米颗粒制备系统，该系统采用皮秒激光作为光源辐照去离子水中的氧化铟锡固体靶材，最终合成出ITO纳米颗粒。随着入射脉冲能量的增加及激光辐照时间的增长，激光烧蚀效率明显增大，ITO产量增多。采用扫描电子显微镜（SEM）及X射线能谱仪（EDS）对制备的ITO纳米颗粒进行表征，所制备的纳米颗粒不含除铟（In）、锡（Sn）之外的杂质成分，纯度较高且72%的ITO纳米颗粒粒径大小在20～50 nm之间。

为了解决高通量数字聚合酶链式反应（dPCR）基因芯片荧光激发问题，设计了一套荧光激发测控系统。系统根据荧光染料的激发光谱特性，选择大功率窄带LED作为荧光激发光源，并通过STM32微处理器系统进行控制。该荧光激发系统有FAM、HEX和ROX三个荧光激发通道，各通道LED激发功率能够分别调节。系统最大输出电流为8 A，单通道最大输出功率为3 W，调节精确度＜1.0%，系统一次可完成dPCR基因芯片9 600个微液滴的荧光激发和采集。测试实验结果表明，系统达到了设计指标和应用需求。

智能汽车采用激光雷达和相机的数据融合实现对环境的感知，针对数据融合中不同传感器坐标系的联合标定问题提出了特征点法和棋盘格法两种标定方法。特征点法采用专门设计的标定模板，提取若干对激光雷达和图像对应点，建立约束方程组，采用最小二乘法求解结果。棋盘格法采用张正友标定法获取相机的内部参数，利用棋盘格平面在两个坐标系的一致性，建立约束方程组，采用线性方法求解两个坐标系的外部参数初始解，再用非线性优化方法进一步优化。利用两种方法得到的标定结果将激光雷达点投影到图像上并比较其对准精度。实验表明，两种方法都可以获取各传感器坐标系之间的位置关系，其投影对准误差分别为特征点法3.03 像素和棋盘格法2.33 像素。

结合太赫兹时域光谱系统，利用棱镜衰减全反射技术，设计了一种太赫兹衰减全反射光谱法的无创血糖检测系统。借助德拜模型分析了皮肤中含水量变化会影响皮肤在太赫兹波段的弛豫作用，得到皮肤复折射率与皮肤含水量的关系，利用菲涅耳公式给出了计算皮肤复折射率实部和虚部的方法。将太赫兹光谱法测得的人体大拇指皮肤复折射率的实部与虚部，与口服葡萄糖耐量试验实际测得的人体血糖浓度进行对比，得到了人体手指皮肤的太赫兹反射谱以及复折射率与人体血糖浓度成正相关的关系，为太赫兹应用于无创血糖浓度检测提供了参考。