化学发光法是测量低浓度的大气氮氧化物含量的有效方法,可用于24 h连续自动分析的大气环境监测系统。然而该方法需要高温转换室、高压臭氧发生模块、高温反应室等模块,使得仪器内的环境分布极为复杂,仪器在长时间运行后容易出现灵敏度下降、信噪比降低等现象。针对上述现象,设计了用于仪器的光信号探测模块的温度控制系统。该温控系统基于PID控制原理,通过AVR单片机ATMEGA16对半导体制冷片(Thermo-Electric Cooling,TEC)的闭环控制来实现温度的精密控制。实验结果表明,该系统可以使光信号探测模块的温度控制在5 ℃±0.1 ℃,光电倍增管的暗噪声从25 ℃时的363个/s下降到5 ℃时的8个/s光子数,噪声波动标准差也从22降到3,能够很好地满足系统对信号探测稳定性的要求。

为了获得紫外荧光二氧化硫分析仪中所需的213.4nm激发光, 研究了采用色散型紫外滤光器的参数优化, 系统分析了装置中入射和出射狭缝对输出光的强度、稳定性及光谱纯度的影响, 探讨了其物理机制, 并通过实验得到了该装置中的最优参数为入射狭缝宽度50μm, 出射狭缝宽度40μm。该结果对于提高仪器的准确性、灵敏度及长期稳定性等性能参数有重要意义。

为了实现对纳米级薄膜的快速测量，运用了基于分振幅斯托克斯参量测量的椭偏测厚的方法，对该方法中的原理、计算和参量测量方法进行研究，并构建了实验系统。首先，设计了一个光路在同一平面上的分振幅斯托克斯参量测量装置，用偏振片和1/4 波片组合产生已知的偏振态来定标该装置，用4 个性能一致的光电探测器实现快速测量光束的斯托克斯参量。然后用实验系统测量纳米级薄膜样品的入射和反射偏振光的斯托克斯参量，求得椭偏参量ψ 和Δ，再求得薄膜样品的厚度d 和折射率n。讨论了斯托克斯参量测量的误差问题，最后与常用的消光法椭偏仪作了对比测量实验。测量结果与椭偏消光法比较，d 和n 的相关系数均大于85％，说明两仪器有很好的一致性。实验研究表明，该方法通过测量入射光和反射光的偏振态，能快速测量纳米级薄膜的参数。系统构建容易，调节方便，定标简单。

长光程吸收光谱空气质量监测是一种比较成熟的方法，但其在测定的准确性、长期工作的稳定性，数据检测等方面存在不少问题。对该方法的原理、仪器系统组成、运作环境等进行了介绍，论述了产生问题的原因。针对太阳散射光、吸收系数、系统光学部件和气候条件等诸多因素的影响进行了分析评述。

针对大气污染物氮氧化物化学发光光谱特征情况对探测器的要求，使用红外分光光度法对PD24系列红外探测器件的光电特性，如光谱响应度、频响、响应度等参数进行了分析研究。比较了光电倍增管与PD24系列器件的性能情况。介绍了扩大器件接收面的透射、反射、聚光方案。实验表明，异质结光电二极管PD24－05是一种具有高速、高灵敏度、宽带宽等优良性能的红外光电探测器件；其光谱响应范围与氮氧化物化学发光光谱的匹配情况良好。

斯托克斯参量可全面描述光束的偏振态。设计了一个分振幅光度式斯托克斯参量测量系统,在分束镜之间加入1/4波片,使光路在同一平面上。用4个性能一致的探测器同时测量4束与斯托克斯参量有关的光束光强,用偏振片和1/4波片组合产生已知的偏振态来定标该系统,通过矩阵计算,实现快速测量光束的斯托克斯参量,从而确定光束的偏振态。实验结果表明,测量装置构建容易,调节方便。斯托克斯参量的四个分量测量实验值与理论值的偏差小于6%。

探讨用紫外可见光分光光度法研究采样在滤膜上的粗颗粒(PM10-2.5)和细颗粒(PM2.5)的光学吸收特性.结果表明:细颗粒质量虽小,但对光的吸收比粗颗粒贡献大,而粗颗粒对某些波长的光吸收特征非常明显.

从光场自相关函数( Autocorrelation Function,ACF) 与光强 ACF、衰减率分布函数的关系,推导了基线值对有效直径、分散度的影响.分析了决定基线值取值的两种基线方法,指出基线方法不同,基线值也会不同.对三种纳米颗粒样品的相关实验也证明基线值越大,颗粒的有效直径、分散度越小.分析了自动斜率法的测量结果较稳定的原因.

介绍用于光子相关光谱法颗粒粒径分布反演计算的约束正则化方法及基于它的CONTIN算法,通过数值模拟反演理想单峰和双峰分布,分析CONTIN算法的展宽效应、该效应与粒径的关系.利用实验测量比较了指数采样法、非负约束最小二乘法和CONTIN算法的反演结果.研究指出CONTIN的分辨力与粒径有关,总体较弱.合理选择小正则化参数或者缩小反演范围能改善反演质量.

恰当地调整动态光散射颗粒测量反演算法的反演范围,使之趋近真实颗粒分布范围是改善反演结果的主要途径之一.目前通用的CONTIN算法尚没有自动调整反演范围的能力,反演质量还有待提高.因此,提出了一种自动调整反演范围的迭代CONTIN算法,并通过动态光散射数值模拟分析,比较了在无噪声和多种噪声水平影响下CONTIN算法和迭代CONTIN算法对单分散和双分散颗粒系的反演结果.研究表明,迭代CONTIN算法与CONTIN算法相比,在反演分布峰值位置、峰宽度、峰对称性、双峰识别能力以及抗噪声干扰等方面都具有明显优势.