成像差分吸收光谱技术 (IDOAS) 能够显示污染物的空间分布, 目前已成功运用于地基扫描、机载与星载等多个平台, 为环境监测及治理提供了有力支撑, 其中地基 IDOAS 主要运用于对某一污染源的探测。分析了成像系统基于“推扫”方式的工作原理, 并将此技术应用于城市大气边界层污染物分布的探测。为更高效使用差分吸收光谱技术 (DOAS) 反演各种痕量气体成分, 更精确地分析污染气体的时空分布特征, 对 QDoas 软件进行了源码级分析和优化。在 Windows 平台上, 使用 C++ 和 QT 对 QDoas 代码进行重组, 通过重新提取、整合、改写与优化代码, 实现了更快速便捷的反演功能模块。为检验模块的反演效果, 以大气中常见的污染物 NO2 和 SO2 为例, 于 2019 年 11 月 6 日在铜陵富鑫钢铁厂开展了现场观测实验。使用新编软件对观测数据进行数据反演后成功获得污染气体的二维分布信息图, 证实了该软件在实际大气环境监测中的适用性。

为了准确测量双层透明膜, 有效地结合了模拟退火法和单纯形法的优点, 提出一种模拟退火-单纯形混合算法来处理双层透明膜的椭偏数据。在单波长测量时, 仅测量1组椭偏参量, 可以求解双层透明膜任意两个参量; 测量两组以上椭偏参量, 可以同时反演双层透明膜4个参量, 求解薄膜折射率和厚度精度分别达到0.0002和0.07nm。结果表明,模拟退火-单纯形混合算法反演双层透明膜参量是可行和可靠的, 且有较强的样品适应性。该算法适合于单波长椭偏仪对双层及多层膜的反演及实际测量。

椭偏法测试薄膜不能直接得到薄膜的光学参数，需进行数值反演算法近似求解。采用遗传算法，借鉴竞争选择、小生境和适应值调节思想，对选择算子、变异算子、交叉算子三个重要算子进行了适当改进，改进后算法有效防止了“早熟”现象，并搜索到了全局最优，降低了操作者对拟合模型设定初值的要求。在实践上，通过3种拟合方式的结果对比，得到了可靠的某条件下制备的类金刚石薄膜的光学常数，验证了改进遗传算法在拟合薄膜光学常数中的有效性。