为实现激光诱导击穿光谱技术对变压器油中铁颗粒含量的准确定量检测，本文提出了一套光谱处理算法。该算法基于特征峰的稀疏性建模并结合凸优化规则改进数值迭代过程，以实现低通基线估计和特征峰分离；进一步，用目标分析线对光谱进行降维，并依靠基于袋装决策树的集成分类器完成烧蚀点的二分类。滤波器截止频率、滤波阶数、不对称比例、正则化参数分别取0.15、1、6、0.8时，基线估计及Fe特征谱线强度的准确性高；袋装决策树集成分类器对降维后光谱的识别准确率高达98.33%；有效点的光谱校正强度与Fe颗粒质量比的线性相关系数为0.9983。所提方法能精确实现特征谱线的提取和有效点筛选，保证油中Fe颗粒质量比定量检测的准确性。

大气污染对人类的生产生活有极大影响，气溶胶作为污染物的重要部分，不容忽视。提高对大气气溶胶浓度检测的精确性，尤其是低浓度气溶胶，具有十分重要的意义。本文基于光丝诱导荧光光谱技术，对NaCl气溶胶数据进行预处理，并结合偏最小二乘法建立预测模型，探索不同预处理方法对模型检测精度的影响。讨论如何科学合理地选择预处理方法，按照预处理方法效果分为散射校正、平滑去噪、基线校正3个方面，并提出波峰显著度算法。通过无预处理、单一预处理以及组合预处理进行最优预处理方法的选择，并分析其建模精度的影响。实验结果表明，应用多个预处理方法的组合，与无预处理相比，均方根误差降低至0.03，预测相对误差减少60%；与直接观察光谱信号选择预处理方法相比，根据光谱信噪比的提升及预测组分的建模效果可以更为准确地选择最佳预处理方法。该研究为开展低浓度大气污染物的分析研究提供了一定的参考。

远距离检测主要用于人类不宜或不易接触的物品检测, 紫外拉曼光谱法是一种比较有效的远距离危险物品检测方法, 在反恐、禁毒和食品安全等领域具有广泛的应用前景。本文在分析远程拉曼光谱检测技术基本原理的基础上, 总结了紫外拉曼光谱检测技术的优势, 对远程紫外拉曼光谱检测技术的现状进行综合分析。从激光器发射、光学接收系统、光谱接收、光谱处理等方面分析了不同模块关键技术及研究现状, 分析了远程紫外拉曼光谱检测技术的研究难点和发展趋势。

为探究遥感监测水稻冠层叶片氮素含量的较优高光谱反演模型, 以水稻小区试验为基础, 获取了不同生长期水稻冠层高光谱数据。 在综合比较一阶导数变换(1-Der)、 标准正态变量变换(SNV)和SG滤波法等处理方法基础上, 提出一种将SNV与一阶导数变换的SG滤波法相结合的光谱处理方法(SNV-FDSGF), 并将处理后的数据经无信息变量消除法(UVE)与竞争自适应重加权采样法(CARS)选出不同生长期的敏感波段。 将各生长期的敏感波段两两随机组合, 并构建与水稻叶片含氮量相关性较高的差值光谱植被指数(DSI)、 比值光谱植被指数(RSI)、 归一化光谱植被指数(NDSI)。 其中分蘖、 拔节和抽穗3个时期的最优植被指数和决定系数R2分别为: DSI(R857, R623), 0.704; DSI(R670, R578), 0.786; DSI(R995, R508), 0.754。 以各生长期内的较优的三种植被指数作为输入分别构建自适应差分优化的极限学习机(SaDE-ELM)、 径向基神经网络(RBF-NN)以及粒子群优化的BP神经网络(PSO-BPNN)反演模型。 结果表明: SaDE-ELM建模效果最好, 在模型稳定性和预测能力上比RBF-NN和PSO-BPNN都有了明显提高, 各生长期反演模型的训练集和验证集决定系数R2均在0.810以上, RMSE均在0.400以下, 可为东北水粳稻冠层叶片含氮量的检测与评估提供科学和技术依据。

微波光子滤波器是一种能对微波信号实现滤波功能的微波光子子系统, 能够替代射频链路中的电子滤波器。作为微波光子滤波器的关键指标之一, 带宽会因为通带展宽效应而恶化。构建了一种基于宽谱光源、可调谐延时线、光谱处理器、色散元件的中心频率可调谐的微波光子滤波器, 分析了其中通带展宽效应的原理以及带宽和带宽延时积的关系, 提出了一种基于带宽延时积的带宽自动补偿方法。实验中, 滤波器带宽从687 MHz 补偿到 44 MHz, 中心频率可调谐到~70 GHz, Q值最高达到~1 600。因此该方法可有效补偿通带展宽效应, 对于实现高频窄带微波光子滤波器有参考意义。

为了实现对多光谱数据同时且高速的数据处理，设计了一种基于DSP 的多光谱数据处理系统及其校正算法。系统由激光光源、干涉棱镜、线阵CCD、基于TMS-6415 型DSP 的处理电路等构成。实验对638 nm、655 nm 和660 nm 3 组激光进行光谱分析，首先对干涉条纹快速采集并滤波，然后通过Mertz 法实现3 组光谱的相位校正，从而保证3 组激光光谱分析的精度。实验结果与Q8344A 型光谱仪的测试数据进行对比，中心波长测试结果误差为±0.3 nm，光谱分布与标准谱基本一致且其信噪比更高。由此可见，系统可同时完成多光谱数据的快速反演，具有一定应用价值。

可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）具有高分辨、高灵敏度和快速测量等特点，在环境检测、工业过程检测等方面具有很好的应用前景。但是TDLAS系统在长期连续工作时，存在激光输出波长随环境温度变化而发生漂移的问题。针对这一问题，研究了激光输出波长随环境温度变化特征及其对光谱处理的定量影响。为了消除激光输出波长的漂移，设计了基于ADμC841的温度补偿电路。根据环境温度实时调整激光器的温度，对激光器进行谱线锁定，在温控实验箱中进行了实验，当环境温度为20 ℃～60 ℃时，激光器的波长漂移量为4.1 pm。

虚像相位阵列 (VIPA : virtually-imaged phased array)是一种具有大角度色散的光学器件, 利用其大角色散的特性, 可以用来制作高分辨率滤波器和色散补偿器。将虚像相位阵列和衍射光栅结合实现二维成像是光谱处理领域的重大进步。从二维成像原理出发, 详细介绍其在研制高分辨率和高信噪比的光学滤波器、实现复杂的二维光谱处理以及光谱成像等研究领域的最新应用。