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。

利用太赫兹时域光谱技术对不同煤灰分含量的光谱进行分析，发现在0.5~3 THz频段内，随着煤灰分含量的增加，其折射率会逐步提高，吸收效应也会逐步增强；考虑到煤样品厚度对光谱的影响，提出一种基于厚度校正的吸收系数特征提取方法，提高了低灰分煤样品吸收曲线的数据区分度；利用双通道卷积神经网络提取折射率和吸收系数特征，建立了煤灰分预测模型。实验结果显示，训练集的拟合度为R2=98.21%，预测精度E_RMS=0.1442，而预测集的R2=93.56%，E_RMS=0.2037，均优于传统PLSR、BP和LSSVM等方法。可见，所提方法在解决选煤厂煤灰分检测问题上具有较好的表现，为选煤厂提供了一种新的技术路径。

玻璃结构基因模拟法可以实现在有限数据下对玻璃性质及玻璃成分的准确模拟及设计。针对碱金属（Li₂O、Na₂O）改性的磷酸盐钕玻璃，笔者采用玻璃结构基因模拟法，建立了玻璃红外结构基团（S）、玻璃成分（C）与多种性质（P）间的结构‐性质（S‐P）模型、成分‐结构（C‐S）模型及成分‐结构‐性质（C‐S‐P）模型。模拟结果显示，受激发射截面（σ_emi）、有效线宽（Δλ_eff）、荧光寿命（τ_f）及Judd‐Ofelt参量（Ω₂、Ω₄、Ω₆）等关键性质的模拟精度皆较为理想。采用混合碱样品PLN对模型进行了实验验证，结果表明，样品各项性质的预测值与实测值匹配较好且二者之间的相对误差均小于0.6%。

对检测烧结矿的实验参数进行优化，使其光谱信号的相对标准偏差（RSD）维持在4%左右。再结合内标法，分别选择合适的Fe元素谱线作为Ca、Si元素的内标谱线，利用内标后的比值与碱度值进行拟合分析。相比于无内标方法，其校准模型的决定系数（R²）从0.468提升至0.951，且预测值的相对误差最高为1.14%。结果表明，在实验条件优化下，内标法对烧结矿碱度的预测精确度高。

油纸绝缘老化状态的快速准确检测一直备受关注，本研究对未进行特征提取的油纸绝缘原始拉曼光谱老化状态类别进行判定。首先，根据所测得的绝缘纸聚合度将其老化状态划分为10个类别。同时，对不同老化状态的油纸绝缘样本进行拉曼光谱检测。最后，通过K最近邻（KNN）算法、集成增强KNN算法分别对169组拉曼光谱样本进行老化状态类别判定。结果表明：经过集成增强后的KNN算法对原始拉曼光谱具有更强的识别能力，其判别准确率为98.32%，且具有更好的稳定性。证明了由集成增强KNN算法构建的判别模型能够较为准确地判别油纸绝缘原始拉曼光谱，该模型简化了变压器油纸绝缘拉曼光谱老化状态的诊断步骤，对油纸绝缘拉曼光谱检测方面的研究具有重要意义。

地下水重金属污染正在严重威胁环境安全和人体健康。荧光探针检测技术因具有灵敏度高、选择性好等优势，已成为检测重金属离子浓度的常用方法之一。受限于光源和光学系统的体积与成本等因素，现有重金属荧光检测装置无法满足现场原位检测需求。本文研制了一种地下水重金属荧光原位检测装置，其光学探头以紫外发光二极管（LED）为光源，采用共聚焦光路设计，荧光收集角范围可达102°，外径不超过60 mm，实现了小型化和低成本化。同时，以商用化台式荧光分光光度计作为参照设备，搭载相同的二价汞离子（Hg²⁺）荧光探针，开展了对比性能测试。实验结果表明，本文研发的装置具有良好的稳定性和线性响应特性，相关系数R²为0.989，检测限可达到1.47×10^-9，各项性能参数不亚于台式荧光分光光度计。

针对星载紫外成像光谱仪展开研究，设计了一种用于监测大气环境污染变化的光谱仪结构组件。在初始结构基础上，采用变密度拓扑优化方法，确定重要部件材料的最佳分布。在此基础上分析了关键尺寸参数对系统性能的灵敏度，建立以第二代非支配排序遗传算法为优化算法的多目标优化模型，完成光谱仪结构组件的尺寸优化设计。优化后，结构重量降低58.7%。对设计后的结构进行了静、热分析及杂散光分析，分析结果均满足光学系统要求。动力学分析分析结果与试验结果最大误差为4.72%，力学试验前后结果对比得到光谱特性测试的最大变化为0.4个像素，证明了提出的紫外成像光谱仪结构组件设计的合理性和可靠性。

基于空间位移拉曼光谱原理，搭建了一套可以实现微小空间位移的装置，确定了最优的空间位移距离为300 μm，用于穿透皮肤表层，减少皮肤表面水份、油脂等污染物的干扰，最终采集到皮肤内层的水份拉曼信号。该装置采用拉曼波数在3 390 cm^-1（水拉曼峰）和2 935 cm^-1（蛋白峰）处的强度之比确定组织中的水-蛋白比例，采用便携式光谱仪使设备便于移动，探头和光谱仪以光纤相连使探头可灵活操作，设计满足临床使用要求。实验中检测了7个人、每人10个共70个不同位置的皮肤光谱，将光谱进行去背景算法处理，然后得到精确的拉曼峰强度。以电学法皮肤水份测试仪测试结果作为对比，以组内相关系数作为一致性分析指标，由单个测量组内相关系数为0.889可以看出，基于空间位移拉曼光谱法的人体活体皮肤含水量检测具有较高可行性。

采用基于线性阵列光纤束的同轴光学结构，在真空环境下利用波长1 064 nm、脉宽5 ns、功率密度6.3 GW/cm²的脉冲激光烧蚀铝锂合金靶材，对铝锂合金等离子体发射光谱分别进行时空积分和时空分辨测量。评估了等离子体发光时间~1 μs，发光区域大小~1 cm。进一步研究了激光烧蚀等离子体连续辐射、离子谱线和原子谱线的时空演化行为，给出了激光烧蚀等离子体不同辐射机制的辐射时间尺度。谱线的空间分辨测量发现，Al、Li元素对应原子及离子的空间分布均有所不同，即真空中激光烧蚀铝锂合金等离子体在横向扩张过程中发生了元素“空间分离”的现象。物种的横向扩张速度研究结果表明，同种元素的离子速度大于其原子速度（Al III>Al II>Al I，Li II>Li I）。此外，对同种电荷态不同元素的原子（离子）速度的差异进行了讨论，并归因于元素的“质量分离”效应和较快的离子复合效应。

基于空芯反谐振光纤设计搭建了光纤增强拉曼光谱检测平台，实现了95%的激光耦合效率；提出CCD和小孔协同降噪方法，使信噪比提高约6倍；相比于未使用光纤时，信噪比提高约270倍。基于单一标准浓度气体分析，确定了用于气体定性的特征拉曼谱峰及标定模型并建立了过程气体定量分析模型，实现了CH₄裂解制备C₂H₂过程气体现场样本的同时检测分析，主要成分包含H₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₆和C₂H₄。各气体同时最小检出限分别达到6.3、26.6、1.2、2.2、4.2、3.9、9.1 μL/L?bar，各气体含量分别为560 588.51 μL/L、230 678.21 μL/L、33 107.65 μL/L、56 086.77 μL/L、77 945.56 μL/L、1 307.19 μL/L、1 823.55 μL/L，各气体浓度与色谱仪标定值相符，检测误差低于4.95%。该方法为CH₄裂解制备C₂H₂控制提供了重要的途径。