针对呼出气一氧化氮（FeNO）体积分数的检测，使用了具有高灵敏度、高精度等特性的可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术。利用直接吸收光谱（DAS）技术和波长调制光谱（WMS）技术对呼出二氧化碳（CO₂）体积分数进行标定，并通过模拟两种气体信号来确定相关系数并完成FeNO体积分数反演。连续测量15 min气体体积分数，根据其变化实验和Allan方差曲线分析确定两种气体的参数，该系统中的CO₂气体测量精度和探测极限分别为0.045%和5.4×10^-3，一氧化氮（NO）气体测量精度和探测极限分别为1.1×10^-9和3.4×10^-9；通过反复置换CO₂和NO的混合气体与氮气（N₂）测量气体体积分数随时间变化情况来确定该系统响应时间为12 s；最后根据单次呼气周期曲线确定志愿者呼出气体中CO₂和NO的体积分数。该研究为FeNO的在线检测提供实验依据。

基于光子晶体光纤 (PCF) 的液压传感技术具有灵敏度高、抗干扰能力强、适应恶劣环境等优点, 具有重要的研究意义和广泛的应用前景, 因此受到研究人员的特别关注。在简要介绍 PCF 液压传感基本原理的基础上, 重点回顾了几种典型的 PCF 液压传感技术, 即双折射 PCF 液压传感技术、PCF 光栅液压传感技术、法布里-珀罗 (Fabry-Pérot) 腔 PCF 液压传感技术、双芯 PCF 液压传感技术, 分别介绍了这四种液压传感技术的原理与技术方案, 并对各自的性能进行了分析、比较和总结。最后简要归纳了 PCF 液压传感技术的研究现状及未来发展趋势。

基于传统异步FIFO延迟电路设计了一种延迟可控的异步FIFO电路。该电路在实现数据跨时钟域传输的同时增加了延迟控制模块, 通过调节读指针与写指针的差值实现整数延迟的控制, 通过调节读时钟与写时钟的相位差实现高精度的小数延迟控制。建立VCS验证平台, 进行功能验证。结果表明, 该FIFO电路实现了数据跨时钟域传输和延迟动态控制, 在多芯片同时工作时可用于补偿数据源未对齐引起的输出偏斜。基于180 nm标准CMOS工艺库完成逻辑综合, 读、写时钟频率分别为389 MHz、778 MHz, 占用逻辑资源面积41 071 μm2。

为了匹配实际应用中链路工作模式, 在深入理解JESD204B协议理论的基础上, 设计了一种通用的传输层电路, 采用三级映射结构实现发送端、接收端传输层的组帧、解帧功能, 建立Verilog编译模拟器(VCS)验证平台进行功能验证。仿真结果表明: 该电路能够按照设定的链路工作模式完成采样数据与帧格式数据间的转换, 实现组帧与解帧功能; 基于65 nm标准工艺库综合评估, 电路单通道时钟最高频率为1.25 GHz, 能够达到协议支持的最高传输速度12.5 Gb/s。

将高灵敏的激光吸收光谱技术应用于微生物生长测量领域, 实现了对以大肠杆菌为例的微生物生长过程实时监测和生长曲线的绘制。设计并搭建了一套实验测量装置, 对大肠杆菌生长过程中新陈代谢产生的 CO2 的二次谐波信号进行实时监测并拟合, 测量获取了大肠杆菌在 25、26、29、32、34、37、43 °C 培养条件下的生长曲线。实验结果表明测得的生长曲线能够准确反映大肠杆菌在不同温度下生长调整期、对数期、稳定期及衰亡期的时间, 证明了基于激光吸收光谱技术的微生物生长代谢产物 CO2 法可以很好地应用于微生物生长测量领域。

微生物检测在医疗诊断、食品安全、发酵工程、微生物科学研究等方面具有重要意义。 微生物检测主要体现两个方面：微生物的判断和微生物生长曲线的测量。微生物的生长通常伴随着一系列与生长量相平行的DNA、酸 碱度等生理指标和CO2、光学厚度等产物指标,这些指标为微生物检测提供了测量途径。其中,通过检测微生物代谢产物CO2, 不仅可以排除死菌带来的干扰,而且能够实现快速、全自动检测,成为微生物检测的主要途径之一。可调谐半导体二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)以其在测量CO2的灵敏度高、 结构简单、技术成熟等优势,为微生物检测提供一种快速、非侵入的新检测途径,对推动微生物检测技术的发展具有重要的意义。 介绍了近几年TDLAS技术及其在微生物(生长)检测领域应用取得的进展。

时间相关吸收光谱技术, 如腔衰荡光谱技术(CRDS)和腔衰减相移光谱技术(CAPS), 是近三十几年发展起来的一类新型吸收光谱检测技术, 它具有探测灵敏度高、 响应速度快、 不受光源强度起伏变化影响等优点。 传统的吸收光谱技术都是基于Lambert-Beer定律, 如直接吸收光谱技术(DAS)、 波长调制光谱技术(WMS)和腔增强吸收光谱技术(CEAS)等, 这类光谱技术在探测物质微弱吸收的时候一旦遇到较强的背景光信号就变得难以测量, 而且光源的不稳定性也会对检测带来一定的限制。 时间相关吸收光谱技术由于其不受光源强度起伏变化的特点, 在很大程度上能够弥补传统吸收光谱技术所存在的缺陷, 但其也有自身的局限性。 首先在理论上, CRDS和CAPS这两种时间相关吸收光谱技术并不统一, 而且在现有光谱理论下, Pulse-CRDS在应用时使用的脉冲光源的脉宽必须远小于谐振腔本身的时间常数, 对于长脉宽的脉冲光或者反射率低(小于99.9%)的腔体, 现有理论将不再适用; CAPS在应用时光源调制信号必须是周期性的正弦信号或者方波信号, 对于其他类型的周期调制信号或者非周期性信号, 现有理论并没有涉及。 针对上述提到的时间相关吸收光谱技术的局限性, 提出了一种新的分析时间相关吸收光谱技术的方法, 即利用一阶传递函数, 将谐振腔视为一阶传感系统, 对时间相关吸收光谱技术理论进行统一解释, 在公式推导上证明新方法下的推导结果和现有理论结果的一致性。 针对Pulse-CRDS, 以高斯脉冲光为例, 给出一阶传感理论下的透射光强表达式, 并对一系列不同的脉冲宽度γ、 谐振腔时间常数τreal以及从输出信号中拟合而得的时间常数τanal进行了模拟仿真。 经过分析比较后发现, 当γ<0.3τreal时, τanal和τreal的偏差小于1%; 当γ>0.3τreal时, τanal和τreal的偏差渐渐变大, 将不再满足实验条件。 为了使Pulse-CRDS在长脉宽脉冲光下也能应用, 本文给出了修正函数, 使得在脉宽大于腔衰荡时间0.3倍的情况下, 经过修正补偿后, 衰荡时间的误差小于1%。 对于CAPS系统, 搭建相应实验平台, LED中心波长选用405 nm, 使用方波调制信号, 测量不同频率下的入射参考信号与探测信号的相位差和探测信号峰-峰值, 通过由一阶传递函数推导而得的相频特性和幅频特性, 拟合得到时间常数τ, 结果分别为7.24和7.25 μs, 残差范围分别为［-0.01, 0.02］和［-0.02, 0.025］, 两者结果基本一致。 实验结果验证了一阶传感系统理论完全适用于时间相关光谱的信号分析, 并且一阶传感系统理论还使得时间相关光谱技术的理论得到了统一。

基于亥姆霍兹-基尔霍夫衍射积分定理，从理论上推导出消色散均光薄膜微结构参量、入射光参数和透射光参数之间的关系。基于此，分析了微结构参量对透射光振幅分布和散射角度的影响。光束通过消色散均光薄膜时，散射光斑具有光强分布均匀、消色散、散射角度可控和散射光型可控等优点。实验制作出结构最大深度为5 μm，散射角为8°×7.5°的薄膜样品，散射角的理论计算值与实际测量值误差在±0.5°以内。此薄膜器件适用于照明体系、液晶显示器背光显示、投影系统等。

基于石英增强光声光谱技术,以中心波长为2.0 μm的窄线宽分布反馈式半导体激光器(DFB)为激励光源,采用波长调制及二次谐波解调技术通过改变激光器工作电流实现波长扫描完成了痕量CO2气体检测系统,并通过优化实验参数确定了常压下激光最佳调制深度,实现了高灵敏CO2浓度的检测.通过改变待测气体中的水汽浓度,研究了水汽对CO2气体探测结果的影响,结果显示在水汽浓度低于0.2%范围内,CO2气体光声信号随H2O浓度的上升而明显增强,当浓度高于此值后,H2O浓度的增加对CO2光声信号的增强作用几乎维持不变.数据显示,常温常压下H2O分子通过提高分子弛豫率最多可将二氧化碳R16吸收线的光声信号幅值提高约2.1倍.优化后的装置可以很好的实现大气中CO2浓度的检测.该装置获得的最小探测灵敏度为19 ppm(1σ,300 ms积分时间),相应的归一化噪声等效吸收系数为4.71×10-9 cm-1·W·Hz-1/2.