为了提高复杂环境中甲烷气体探测的适用性,选择空芯带隙型光子晶体光纤(单端镀全反膜)作为光学气室,实现了置入式同源甲烷浓度的探测。采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,结合长度为0.5 m的空芯带隙型光子晶体光纤,实现了甲烷气体的在线测量,系统的检测下限可达到1.92×10 -5,稳定性波动小于±2.18%。单端全反射设计配合同源探测方式使复杂环境中的甲烷浓度的置入式探测成为可能,为单光源分布式探测提供了研究基础。

为实现利用采用紫外波段对海水溢油污染进行监测, 采用了回转半径为1 500 mm的双向反射分布函数测量装置和工作波段为300~400 nm的大视场紫外成像仪, 对海水溢油紫外反射光谱特性进行研究.对三种油样品进行了外场试验, 试验结果表明: 海水溢油紫外光谱双向反射分布函数测量装置不确定度为3.68%; 在天顶角0°和30°, 相对太阳方位角0°和45°时, 原油样品与海水的双向反射分布函数在紫外波段差别较大.因此, 可利用此状态下300~380 nm工作波段的紫外光学遥感仪器监测海水溢油状态.

为实现高准确度紫外光谱辐射测量与可见光望远观瞄单元的同轴共光路设计, 采用四片石英延迟器叠拼组成光学退偏器和紫外/可见分束器, 运用锁相放大技术对探测信号进行处理, 并增加了相敏检波器的可调整功能.使仪器在200 nm~380 nm工作波段内的入射光残余偏振度最大值降低到3%, 提高了探测准确度.仪器每次测量使用前使输出不大于10 mV, 保证了光谱辐射测量的稳定度优于1%.

结合小型紫外光谱仪器设计原理对紫外成像光谱仪进行了研究。 以离轴抛物镜为望远镜, 超环面光栅为成像光谱系统设计了系统方案; 该光学系统的优化设计就是对超环面光栅的参数设计。 分析了光栅的光程函数和像差方程, 总结了单超环面光栅结构的完善聚焦条件和完善成像条件; 这两种条件无法在代数计算下得到完善代数解, 限制了光谱仪的工作波段和视场, 引入遗传算法解决了这个问题。 以一工作波段为200~280 nm的日盲紫外成像光谱仪为例对设计理论进行验证, 根据优化理论计算了初始结构最优解并进行光线追迹模拟, 成功得到了F数为5.7, 焦距为102 mm, 全视场全波段调制传递函数值在奈奎斯特频率(20 lp·mm-1)下大于0.65的高分辨率成像光谱仪光学系统。 设计结果表明这种光学系统设计理论适用于小型宽波段高分辨率紫外成像光谱仪。

研究了用于相干激光测风雷达信号接收的平衡式探测接收技术.推导出了平衡式相干探测过程的数学模型和信噪比表达式，并通过仿真软件对该模型进行了模拟仿真.在同等输入条件下，当平衡式相干探测系统的最佳分束比范围在［0.293，0.707］时，其信噪比比普通相干探测的信噪比高.此外，平衡式探测接收还具有判断风向的功能，最后通过实验验证了仿真结果.

利用自行研制的单模光纤输出2.05 μm半导体激光器，采用外差检测技术，研究了 2.05 μm全光纤声光移频器的调制特性和偏转特性，实验结果表明，该器件的中心频率为104.5 MHz、布拉格带宽为8.92 MHz、布拉格角为41.63 mrad，最大衍射效率约为95%，其实验结果与理论分析相吻合，能够满足整个2.05 μm相干激光多普勒测风雷达系统的需要。