光纤磁场传感器具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀以及抗电磁干扰等优点，弥补了传统磁场传感器的不足，在**、工业、电网等多个领域发挥着重要作用。使用二氧化碳激光器分别在标准通信单模光纤和光敏光纤上制备了两种类型的长周期光纤光栅（LPFG），将LPFG浸入磁流体中制备磁场传感器。当施加外部磁场时，LPFG的谐振波长会发生偏移。当磁场强度在1.6~25.5 mT范围内变化时，可达到的最大磁场灵敏度为126.5 pm/mT。该传感器在磁场或电场系统中具有潜在的应用。

对于搭载单向积分TDI探测器的推扫式空间光学相机, 探测器的积分方向是限制卫星敏捷机动任务规划的一项重要限制。利用在光学系统中加入法线方向与光轴成一定角度的平面镜可以改变系统物像正倒关系而不影响光程及像质的特点, 设计了光学双向推扫系统。为了验证其方案的合理性, 设计并装调了光学双向推扫相机工程样机。对该相机进行外景成像实验, 成像实验结果与预期一致, 光路切换效果明显, 验证了其适应两种飞行方向的能力。总结工程样机研制过程, 提出了后续需要考虑的问题, 为后续光学双向推扫相机在型号上应用打下基础。

随着智能电网技术的发展, 电流参数的监测需求日益提升。提出了一种基于磁致伸缩效应的光纤布喇格光栅(FBG)电流传感器, 将FBG全部固定于磁致伸缩材料上, 使其感知通电螺线管所产生的磁场来实现电流传感。监测FBG的波长变化可知, FBG电流传感器在0~5 A电流范围最大实现了0.773 nm的布喇格波长漂移量, 传感灵敏度高达0.184 nm/A。

受到水溶液内部复杂基质效应的影响,激光诱导击穿光谱(LIBS)技术在水溶液样品的连续在线检测分析应用中受到很大制约。提出了一种微孔喷射辅助LIBS的新技术,用以实现水溶液中金属元素的连续在线分析。该方法通过微米量级的小孔矩阵和压电陶瓷振荡片将流动液体在线转化成密集的小液滴并连续喷出来,辅助LIBS系统进行检测。依据此思路,设计实现了一套由微孔喷射装置和传统LIBS装置组成的微孔喷射辅助LIBS检测系统。利用该系统,以水溶液中的Ca元素为目标元素展开实验,研究该方法的最优化实验参数、等离子体物理特性和检测能力等。结果表明,该方法对Ca元素的在线检测限能够达到0.96 mg/L,且在0~1124 mg/L范围内谱峰强度和浓度之间具有较好的线性关系。

为了建立一套高灵敏和低成本的液体样品金属元素检测分析方法, 设计制造了一套超声波雾化辅助电火花击穿光谱(UN-SIBS)的实验系统。 利用超声波雾化装置将液体样品转化为密集小液滴组成的气溶胶, 并使用高压放电线圈和铜电极击穿气溶胶样品诱导等离子体, 通过采集分析光谱信号实现对样品金属成分的分析。 实验研究了该方法的发射光谱谱线特性, 对等离子体的电子温度和密度等物理特性参数进行了计算分析。 针对含有不同浓度重金属铅(Pb)元素的样品, 在较大的浓度范围内绘制了Pb元素261.37 nm处的原子峰强度随质量浓度变化的曲线。 实验结果显示, UN-LIBS方法对Pb元素检测限不高于2.07 ppt, 优于同类方法所报道的检测限。 同时, 与金属活性相对较低的钙(Ca)元素SIBS检测结果进行了比较, 分析了UN-SIBS方法的相关机理。

提出了一种由嵌入式环谐振腔和Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪组成的新颖带通滤波器, 嵌套环是在环谐振腔的基础上, 引入一个类似双线耦合环谐振器的外谐振环。依据耦合模理论推导出滤波器传递函数, 并分析了环的光学长度、耦合系数和内外环长度比对其影响。模拟结果证明, 通过改变结构参数, 滤波器的中心波长和带宽可调, 中心波长在1520nm~1600nm波段任意可调, 带宽调整范围可达0.2nm~102nm。且保持输出波形有较高的平坦度和较低的旁瓣, 可满足通信系统宽带及超窄带带通滤波器的设计要求。

为了发展一种实时、快速、非接触,能对金属氧化物纳米薄膜中元素成分进行分析的检测方法,搭建了一套基于LIBS技术的薄膜检测分析系统.该系统可同时实现样品平面的精确定位,样品烧蚀坑形貌实时观测,等离子体成像和光谱采集等功能.样品为在单晶硅基底上利用溶胶-凝胶法制备的约40 nm厚的氧化锆功能薄膜,实验中将其放置在一个位移精度为0.01 mm的三维平移台上.系统测试结果表明,在两束聚焦的连续激光辅助下,样品平面的定位精度达到了20 μm,LIBS单脉冲检测光谱信号的面积分强度的重复性的相对标准偏差(RSD)达到了1.6%.在室温和大气环境下,对等离子体空间分布、信号强度随激发能量、时间参数和LTSD(激光聚焦点到样品表面的距离)参数而变化的情况从光谱角度进行了实验研究,并优化了实验参数和探测参数.利用实验得到的光谱数据,用玻尔兹曼方计算了等离子体的电子温度,利用硅的原子线计算了电子密度,对定量检测所必须的局部热力学平衡(LTE)条件进行了评价.