高危阿片类毒品海洛因的泛滥, 对国家安定、 社会经济和人民生命财产安全带来了巨大的危害。 高效、 准确的海洛因及其代谢物的检测鉴定方法在打击毒品犯罪, 处理涉毒案件以及公安禁毒工作中具有十分重要的意义。 表面增强拉曼光谱（SERS）兼具检测速度快、 操作简便、 灵敏度高、 指纹识别及无损检测等优点, 能够实现对毒品的高效、 便携检测。 若结合模式识别技术, 可提高数据处理效率、 避免人为错判的发生, 进而实现自动精确分类识别的目的。 针对溶液中微/痕量海洛因及其代谢物, 提出了基于Au/SiO2复合纳米球阵列（Au/SiO2 NSA）的SERS检测与模式识别相结合的方法, 实现对它们的灵敏检测与高效鉴别。 首先, 采用气-液界面自组装和磁控溅射沉积的方法制备了具有良好SERS活性和结构一致性的Au/SiO2 NSA, 以此为SERS基底（芯片）, 结合便携式拉曼光谱仪, 成功实现了对水溶液中海洛因及其主要活性代谢物（6-单乙酰吗啡（6-MAM）和吗啡）的灵敏检测, 检测限低至10-4 mg·mL-1。 然后, 利用模式识别技术中的系统聚类分析（HCA）、 主成分分析（PCA）和支持向量机（SVM）对所获得的谱图数据进行定性/定量分类识别。 结果表明, 在HCA和PCA均能准确分类的基础上, 采用基于径向核函数、 线性核函数、 多项式核函数、 S型核函数中任意一种建立的PCA-SVM模型, 均能够100%地对海洛因、 6-MAM和吗啡进行定性识别； 选取基于径向核函数的SVM模型, 对不同浓度海洛因定量区分的准确率可达90.1%； 而通过基于线性核函数的SVM模型, 对不同浓度6-MAM和吗啡的判别准确率分别为84.8%、 70.2%。 这项工作不仅为基于SERS的灵敏检测与精准鉴别提供了一种具有实用价值的高质量基底（芯片）, 也为对海洛因及其代谢物进行准确的分类及识别给出了可行的方案。

受激拉曼散射是相干拉曼散射中的一种, 其产生的信号在三阶非线性效应下得到了显著地增强, 且没有非共振背景的干扰, 光谱与自发拉曼光谱几乎完全一致。 因此, 基于受激拉曼散射的显微成像技术具有无标记、 高特异性、 非侵入等优点, 已成功运用在生物细胞成像中并取得了许多重大的成就。 受激拉曼信号与激发光的波长相同, 易受到激发光背景噪声的干扰, 为解决该难题, 常采用光学调制与相敏检测相结合的方法对其进行检测。 检测过程中, 调制深度对受激拉曼信号强度和信噪比有重要影响。 针对此, 基于相关理论深入分析了调制深度对受激拉曼信号强度及信噪比的影响。 同时考虑到在生物光谱成像等应用中, 细胞光损伤阈值对两束激发光功率之和的限制, 分析了不同调制深度下, 获取最大信号强度及最佳信噪比的激发光功率配置方法。 通过搭建受激拉曼实验系统, 以二甲基亚砜为研究对象, 进行实验验证。 研究结果表明, 在光损伤阈值的限制条件下进行受激拉曼损耗检测时, 同一调制深度下, 当泵浦光与斯托克斯光光功率比为1: 1时信号强度达到最强, 比值为1∶2时信号的信噪比达到最佳。 在泵浦光与斯托克斯光光功率比相同的条件下, 受激拉曼信号强度和信噪比均随调制深度的降低而降低且近似呈线性相关。 实验得到的二甲基亚砜受激拉曼光谱图也验证了在实际样品的光谱检测中, 调制深度越高得到的光谱信号越强, 信噪比越佳, 整体的光谱质量也越好。 该研究结果是对受激拉曼显微技术在信号调制与检测方面的完善, 可为受激拉曼光谱检测和细胞成像实验做出参考性指导。

本文提出了一种基于谱域偏振敏感光学相干层析(SD-PSOCT)成像系统的局域偏振属性提取算法，并将其用于生物组织烧伤深度的定量测量。该SD-PSOCT系统采用全单模光纤器件，使用光纤型偏振控制器实现单偏振态入射样品，利用线性波数光谱仪实现偏振敏感探测，基于逐层迭代算法恢复局域偏振属性信息。测量了四分之一波片的相位延迟和光轴方位角，重建了不同程度烧伤牛腱组织的OCT强度图像、累积相位延迟层析图像、累积光轴方位角层析图像、局域相位延迟层析图像和局域光轴方位角层析图像。基于局域相位延迟层析图像定量测量了不同程度烧伤牛腱组织的烧伤深度，验证了该系统用于定量测量生物组织烧伤深度的可行性和临床应用潜力。

非侵入式角膜在体弹性测量具有重要临床意义却尚无金标准。提出了基于光学相干层析(OCT)的光学相干弹性成像方法(OCE),实现了微气体(压强为10~40 Pa)脉冲激励下软组织的亚纳米-微米级振幅力学响应的高分辨观测。结合时域恢复曲线拟合模型(R-Model)和频域单自由度振动模型(SDOF-Model),测量了浓度(质量分数)为1.0%~2.0%的琼脂仿体和两名志愿者角膜的固有频率。测量结果表明:固有频率值不受激励压强大小的影响,且与杨氏模量的平方根正相关(皮尔逊相关系数为r≥0.98);SDOF-Model具有更好的可重复性,其平均离散系数(CV)为0.9%(琼脂仿体)和1.7%(人眼角膜),而R-Model的平均CV则高达8.4%(琼脂仿体)和42.6%(人眼角膜),即基于SDOF-Model的微激励OCE方法更适合人眼角膜固有频率的在体测量。

为了实现对水中有害重金属元素铅的超灵敏快速检测,保证饮用水源的安全,对激光诱导击穿光谱(LIBS)-激光诱导荧光(LIF)联用技术进行研究;采用木片吸水将液体样品分析转换为固体样品分析,消除了采用LIBS技术直接分析水样品时水对原子辐射以及光学收光系统的影响;采用一束可调谐染料激光共振激发激光等离子体中的铅原子,探测其LIF以大幅提高光谱分析的灵敏度;在优化的实验条件下得到水中铅的校正曲线。结果表明,在当前实验条件下铅的检出限可达到3.2×10 ^-9,LIBS-LIF联用技术结合木片吸水法可以直接应用于水环境中痕量铅元素的超灵敏快速检测,从而可监控有害重金属造成的水源污染。

为了实现对微小位移的测量, 研制了一套基于单模光纤输出半导体激光器和2维位置敏感探测器的位移检测系统, 可以有效地抑制环境光噪声。对半导体激光器的注入电流进行1kHz的调制, 实现输出光功率的调制。在信号处理电路中, 采用相敏检波技术, 解调探测器的输出交流信号, 得出光斑能量中心位置, 消除外界干扰。结果表明,测量精度优于1μm。这一结果对于多自由度误差检测是有帮助的。

隐身飞机与新型红外干扰技术的发展, 对空空导弹的红外探测与抗干扰能力都提出了更高的要求。红外成像探测系统是实现红外空空导弹远距离探测目标的关键, 其所提供的目标、背景和干扰信息是红外空空导弹实现目标识别和抗人工与背景干扰的基础, 因此, 红外探测技术的发展是影响红外空空导弹未来发展方向的关键之一。本文首先介绍了空空导弹红外成像探测技术的现状与特点, 最后分析了空空导弹红外成像探测系统的关键技术和发展方向。

本文合成了一种基于金纳米颗粒修饰的粉末状聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二甲基丙烯酸乙二酯(GMA-EDMA)材料的表面增强拉曼光谱基底。将此基底作为固相萃取剂用于富集和原位的SERS检测。利用此方法对亚胺硫磷进行检测, 可以得到5 μg/L 的样品分子信号。进一步对橙子表面亚胺硫磷进行检测, 结果表明此方法对于农药残留的检测有着好的应用前景。