土壤作为人类生存的重要物质基础和自然资源之一, 其营养元素含量不仅是农业生产的基础, 也是评价土壤质量的重要指标。 传统测定土壤中营养元素的方法以液体进样为主, 操作繁琐且对环境有一定的污染。 采用超高压制样技术与LIBS技术联用, 综合了绿色无污染的样品前处理技术以及操作简单、 可进行多元素同步快速检测的测定技术, 建立了高压制样-激光诱导击穿光谱技术测定土壤中的硅铝铁钾的分析方法。 通过对制样压力大小的对比研究发现, 当制样压力在2 000 kN时, 制备出的样品表面光滑、 平整, 具有更好的致密性, 测定精密度达到最好; 通过对LIBS仪器测定条件的优化, 发现在使用多位置采样的方式, 激光能量、 采集延迟、 光斑尺寸分别为0.8 mJ、 0.5 μs、 60 μm的条件下, 能够减小样片剥蚀产生的热效应及样片表面不均匀对测定结果造成的影响, 提高测定信背比, 从而提高测定结果的准确度和精密度。 在该方法优化后的条件下, 采用土壤成分分析标准物质, 以多变量做线性回归的定标曲线, 得到了较好的线性关系, 有效降低了基体效应对测定结果的影响。 通过国家一级土壤成分分析标准物质的验证, 除个别元素外, 方法测定营养元素的精密度范围均在0.31%~4.21%之间, 且测定结果与认定值基本一致。 该方法不仅操作简单、 能够避免传统方法带来的环境污染, 同时也能够实现多元素同时测定, 推动了LIBS技术在定量分析领域的进一步发展。

介绍了一种基于螯合剂功能化的拉锥光纤传感器，用于定量检测低浓度重金属铅离子Pb²⁺。该传感器由单模和四芯光纤制成，并对中间四芯光纤进行拉锥到直径15 μm。在此基础上，使用乙二胺四乙酸（EDTA）作为金属螯合剂固定在拉锥四芯光纤传感器表面，从而实现对铅离子Pb²⁺的高灵敏度检测。实验结果表明，该传感器对重金属铅离子Pb²⁺检测限为1 ng/mL。此外，该传感器具有良好的稳定性，以及制备工艺简单和响应速度快等优点。

为了对硝酸钆进行高灵敏检测，研究一种基于微纳光纤干涉仪的光纤环腔激光传感器。制备了一种具有双锥结构的微纳光纤干涉仪，微纳光纤的强倏逝场可与外界环境或周围介质发生有效相互作用，且倏逝场随着光纤双锥结构直径的减小不断增强，折射率传感的灵敏度指标也有显著提高。实验结果表明：当微纳光纤的直径为20 μm时，传感器的折射率灵敏度达1925 nm/RIU；对于硝酸钆溶液的质量浓度，该传感器的灵敏度高达0.172 nm/（mg·mL^-1）。此外，该光纤环形激光传感器具有灵敏度高、结构紧凑等优点，在生物修饰和化学传感等方面有广阔的应用前景。

应用激光诱导击穿光谱仪(LIBS)对土壤样品中稀土元素进行定量分析, 以国家一级土壤标准物质为研究对象, 试验激光输出能量、脉冲延迟时间、光斑直径、激光频率、保护气(He)的流量等仪器工作条件对测定结果的影响, 通过归一法(测定值和认定值相比)评价工作参数对测定结果的影响, 对比发现激光输出能量和脉冲延迟时间对分析结果影响较大, 并优选出仪器最佳的工作条件：激光输出能量1.6 mJ、脉冲延迟时间0.1 μs、光斑直径70 μm、激光频率20 Hz、保护气的流量0.3 L/min。以此工作参数, 选择10个国家一级土壤标准物质, 采用多变量做校正曲线, R值均大于0.99, 校正曲线的线性关系良好, 能够准确定量土壤样品中的稀土元素。

强度传输方程(TIE)是用于非干涉相位恢复的重要手段之一。传统方法受限于输入图像的形状或收敛速度,进而限制了TIE的普遍性和相位恢复效率。因此,提出了一种基于快速迭代有限差分法(FIFDM)的TIE相位恢复方法。该方法在基于有限差分法(FDM)的TIE求解方法的基础上,考虑迭代过程中各点的相关性并引入松弛因子来实现相位恢复。仿真和实验结果表明,与离散余弦变换(DCT)法、FDM相比,所提方法具有更快的恢复速度、更高的准确性和更强的抗噪性能。

氯是化探样品分析中的重要元素, 而X射线荧光光谱法是测定卤族元素的重要技术手段。 已有研究表明, X射线荧光光谱法在测定氯时, 同一样片中氯的测定值随重复测定次数的增加而逐渐增大或减小。 采用高压覆膜制样技术制片, 测定土壤和水系沉积物中的氯, 氯（24～40 000 μg·g-1）校准曲线的相关系数明显改善, RMS（均方根）由未贴膜的0.009 63, 改善为贴膜后的RMS 0.001 98。 氯的检出限由未贴膜的30 μg·g-1, 改善为贴膜后的21 μg·g-1。 且高压覆膜制样, 同一样片连续测定10次, 还是10 d内隔天测定1次, 氯的测定值都保持不变或略有下降。 从抽真空时间, X光管应用功率, 烘样和不烘样, 氯元素存在形式等角度解释了氯的测定值随重复测定次数的增加而逐渐增大或略减小的原因。 高压覆膜制样, 样品表面的聚酯膜, 可以阻止在抽真空过程中氯随水分向样片表面迁移扩散或分解损失。 高压未覆膜的样片在测定过程中, 因样片表面吸附了水及空气分子, 因而随抽真空时间的增加及解吸附作用, 真空度下降明显, 氯的强度变化明显。 而高压覆膜样片在测定过程中, 真空度下降不明显, 氯的测定值基本不变或略有下降。 高压制样（1 600 kN）可以将不同类型的地质样品压制成型, 高压覆膜制样技术, 完全消除了粉尘效应, 对下照射的X射线荧光光谱仪具有重要意义。 测过的样片可以重复测定氯, 标准样片可长期保存, 避免了标准样品的浪费。 用该方法可以准确测定土壤和水系沉积物中32个组分。 该样品制备方法也适用于测定其他难以成型的样品及其荧光强度由于真空和长时间辐射而强度变化的元素分析。

氟化钙晶体微腔相比玻璃材料微腔,具有吸收系数小、缺陷少、纯度高、对周围环境湿度不敏感的优势,在微波光子学、陀螺仪和非线性光学等领域具有潜在的应用价值。通过超精密加工技术制备了回转椭球体氟化钙毫米晶体微腔。研发了一套精密加工系统来制备这种微腔,所制得的微腔形状为回转椭球体,微腔结构边缘表面粗糙度低至1.97 nm。使用光纤锥波导与氟化钙微腔实现了高效耦合,此耦合系统展现了高达~10 ⁸的超高品质因子Q值和低至约0.03 nm的自由光谱范围。这些结果证明了针对氟化钙微腔的加工手段具有重要意义,将大大促进其应用。氟化钙微腔的特性也证明了它在光学滤波器、腔量子动力学、非线性光学和陀螺仪等应用中的潜力。