拉曼光谱是一种新型且强大的月球与深空探测工具。介绍了深空拉曼光谱技术的原理及技术特点，梳理了国际上深空拉曼光谱技术的发展现状，介绍了目前国际上在研/在轨的5台拉曼光谱载荷的设计情况。在此基础上，对深空探测拉曼光谱技术的关键问题进行了分析总结，对该技术的下一步发展进行了展望。

人体呼气中一氧化氮浓度（FeNO）与肺部呼吸道疾病有着紧密的联系，美国食品和药品管理局（FDA）、欧洲呼吸学会（ERS）和美国胸科学会（ATS）等权威机构相继将FeNO作为哮喘生物标志物，并将FeNO列为呼吸系统疾病的常规检查项目。针对FeNO高灵敏监测需求，发展了一套中红外波长调制激光吸收光谱检测仪，利用多元线性回归的方法解决了CO₂谱线交叉干扰问题，NO的检测限达到0.12×10-9。利用多浓度标准气体对样机性能进行了定标，在0~215×10-9体积分数范围内，仪器结果的线性相关性为0.994。最后，对中国中医科学院西苑医院的志愿者呼气样本进行了测量。

介绍了一种多通道时间分辨单光子探测系统，并将其应用于高灵敏度激光光谱探测。系统基于工作在高增益状态下的32通道线阵光电倍增管，对其输出单光子脉冲信号进行放大、阈值比较后，转换为LVDS数字电平，再利用FPGA芯片内部的串并转换硬核资源，使用800 MHz时钟的双边沿对信号进行采样，串转并后，在相对低速的200 MHz时钟频率下对信号进行逻辑解析。在单片XC7K160T型FPGA芯片上实现了625 ps时间分辨率、死时间5 ns的32通道光子探测。利用该探测器，搭建了基于光栅分光的532 nm脉冲激光激发光谱探测系统，实现了620 nm~720 nm光谱范围和3 nm光谱分辨率的距离分辨激光光谱探测。

为了研制结构紧凑、低功耗和本质安全的激光吸收光谱气体检测系统，光子晶体光纤气体检测技术受到广泛关注。通过对光子晶体光纤结构参数的优化，可将90%以上的光场模式束缚在纤芯附近，从而将气体检测的相对灵敏度提升到60%以上，限制损耗降低到10^-8 dB/m。对光学模式的调控依赖于纤芯微结构参数和包层光子晶体空气孔的阵列排布的优化，以期获得更高的相对检测灵敏度和更低的光学损耗；接着，针对端头反射式、光纤光栅波长调制型和不同光纤复合型的气体检测技术进行了分析。端头反射式结构最为简单，然而难以保证气体分子的高效交换。结合Bragg光栅和长周期光栅等特种光纤结构可以构建光学谐振腔，有效增强光信号与气体分子的吸收光程。结合不同类型光纤和气体敏感材料的复合光纤结构气体探头的设计，极大地优化了气体传感的选择性和灵敏度等特性。延长光纤至1 m以上，或采用环形嵌入方式可有效增加光程，获得10^-12量级的检测限。掺铒光纤的引入可有效补偿光纤环内的光学损耗。最后，分析了多孔环形和柚子型等大空芯直径光子晶体光纤的气体检测性能和未来研究方向。针对光子晶体光纤气体激光光谱吸收检测技术，未来需要在性能优化、系统集成和环境适应性方面开展研究，从而为冶金化工等行业中危险气体实时监测仪器的研制提供技术保障。

为了实现燃烧场温度的高精度测量，将可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）与计算层析技术（CT）进行结合建立了TDLAT温度测量系统。选用中心波长为1 388 nm和1 343 nm的DFB激光器，在10 kHz的扫描频率下利用32光路CT测量单元对三喷口燃烧器的甲烷预混火焰进行吸光度测量，并对激光吸收结果进行了二维重建。结果表明：Φ10与Φ8喷口中心温度基本一致，温度最高超过1 700 K，Φ6喷口中心温度相对较低，约为1 500 K，且火焰面积较小。将重建结果与热电偶结果对比显示，两者温度分布基本吻合，验证了TDLAT技术应用于火焰温度二维测温的可行性与准确性。

实验研究了Nd∶GdVO4和Nd∶YVO4晶体发射截面谱的温度特性, 并根据发射截面谱与激光波长的对应关系, 进一步研究了温度对Nd∶GdVO4和Nd∶YVO4双频微片激光器输出光谱的影响。实验结果表明, 在所研究的温度范围内, 随着温度的升高, Nd∶GdVO4和Nd∶YVO4晶体发射截面谱的中心波长发生红移、峰值下降, 且均与温度呈准线性关系; 对应的双频微片激光器波长也随温度升高呈现线性红移, 但双频频差保持不变; 在晶体发射截面谱和激光波长的共同红移作用下, 双频激光分量的功率均衡度发生变化。