光谱分析仪（Optical Spectrum Analyzer, OSA）是光通信领域的重要测试分析仪器，主要用于测试光源、光纤光缆以及光器件的光谱特性。在介绍OSA基本原理的基础上，研究了波长精细定标方法。首先，分析了波长与采样点及探测波段之间的关系；然后基于可调谐激光器与波长计，利用最小二乘法对几个特征波长进行了定标；最后利用近红外光谱测试系统进行了验证实验。结果表明，定标后的波长准确度控制在±0.3 nm以内，满足产品指标要求。

为了使光谱分析仪(Optical Spectrum Analyzer, OSA)能精确测量窄谱宽光信号, 要求光栅转动一圈分辨200万个点。设计了一种基于衍射光栅、直流无刷电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)和光电编码器的高分辨率光栅定位系统。实现了基于比例--积分--微分(Proportion Integration Differentiation, PID)的高精度闭环调速控制技术, 以驱动BLDCM带动光栅的转动。同时, 高精度光电编码器快速检测并反馈光栅的角位置, 细分电路对编码器的输出信号作进一步细分。将输出信号的分辨率从16000点/圈提升至2048000点/圈, 极大地提升了光栅定位系统的整体分辨率。通过实验测试了光栅扫描速度、波长重复性和波长准确度等性能指标, 验证了光栅定位的精度和分辨率。

基于地对空高光谱观测获取大气CO2柱浓度(大气中CO2的垂直总含量)数据是验证和改进卫星高光谱观测反演CO2浓度的重要数据源之一, 而目前在中国还没有基于地面光谱观测进行大气CO2柱浓度反演研究的报告。 利用光谱分析仪与太阳跟踪仪等构成的地面观测系统在中国内蒙古锡林郭勒草原进行了地对空高光谱观测, 基于高光谱观测数据反演了大气CO2柱浓度。 在基于1.6 μm大气CO2的光谱吸收特征进行CO2浓度反演过程中, 评价分析了观测光谱的波长漂移和气象参数对大气CO2柱浓度反演精度的影响。 结果显示观测期间平均大气CO2柱浓度为390.9 μg·mL-1。 波长的漂移将会导致反演浓度值整体偏低; 波长漂移从-0.012～0.042 nm范围时, 将会导致1 μg·mL-1以上的偏差。 同时, 研究发现光谱透过率在6 357～6 358, 6 360～6 361和6 363～6 364 cm-1谱段敏感于气象参数的变化。 对比利用与光谱观测同时和非同时观测的气象参数进行的浓度反演结果发现, 非同时观测气象参数的利用引起的浓度偏差最小在0.11 μg·mL-1, 最大可达4 μg·mL-1; 本论文的分析结果对基于光谱反演CO2柱浓度算法的改进有着一定的参考价值。

利用高分辨率光谱分析仪对空气隙F-P标准具透射谐振峰频率进行测量，然后通过直线拟合获得自由谱域，从而计算得出F-P标准具的间距。对F P标准具间距测量的精度进行分析，F P标准具间距测量的相对误差为2×10 -3。提出了一种新颖的入射光与F-P标准具垂直的精确调节方法。