随着社会的发展,海洋的污染日趋严重,采用光学方法检测海洋油污及金属元素得到了越来越多的重视。激光光谱检测技术具有检测速度快、灵敏度高、无需接触样品等优点,因此成为检测海洋油污及金属元素最有前景且最有效的方法之一。激光光谱检测是一种主动光学检测技术,主要包括激光诱导荧光（LIF）光谱技术和激光诱导击穿光谱（LIBS）技术。通过分析激光诱导光谱可以检测海水中溢油、可溶性有机物（DOM）、叶绿素a等有机物以及金属元素的情况。目前激光光谱检测设备一般存在体积较大、价格昂贵、控制方式单一等问题,本文在对激光诱导光谱检测原理的基础上,对系统的时序控制进行深入研究,研制了LIF光谱检测系统以及LIBS检测系统,进行了油污及金属元素检测相关实验并获得良好的结果。论文首先研究LIF和LIBS光谱检测的相关理论。在LIF油污检测方面,研究了LIF荧光光谱产生过程、海水的拉曼散射产生过程以及在油膜厚度检测等方面的应用,同时给出了远距离LIF检测的距离选通对控制时序的要求。在LIBS金属元素检测方面,研究了LIBS击穿光谱产生过程以及用于金属元素检测的原理和相关定量分析,激光调Q技术以及LIBS系统多脉冲产生的情况,同时给出了单脉冲激光触发和多脉冲激光触发对控制时序的要求。时序控制是激光诱导光谱海洋检测系统的关键技术,其中包括精密延时控制及系统逻辑控制。精密延时控制采用了数字延时和模拟延时两套方案,分别由高速定时器和高精度延时芯片组成,实现了体积小、成本低、集成度高等特点。系统逻辑控制则根据检测需求设计相应的系统;在LIF系统中,采用多脉冲或单脉冲选通时序,结合背景噪声实时扣除技术;在LIBS系统中,则采用多脉冲计数选择功能,结合对光谱采集信号的精确延时技术;稳定的时序设计为系统的搭建提供了技术保障。针对海水中溢油、DOM、叶绿素a等有机物的检测需要,本文设计了便携式和雷达式两种LIF光谱检测系统,主要由激光发射、荧光探测、信号控制和上位机四部分组成。其中,便携式采用小型半导体激光器,结合ICCD探测设备和相关时序控制,可检测出较近距离处水分子的拉曼散射、海水中DOM以及柴油和原油中矿物油分子产生的荧光等相关信息,分析了DOM浓度、油膜厚度与光谱强度之间的关系,并给出系统中的激光能量、像增强器触发信号、背景扣除、脉冲模式等控制参数对结果的影响;雷达式采用高能量固体激光器,可检测出较远距离处水分子的拉曼散射峰、海水中DOM产生的荧光峰等相关信息,并分析了系统中的激光能量以及像增强器的脉冲延时等控制参数对结果的影响;实验结果给出了多脉冲或单脉冲选通时序控制技术以及实时扣除技术在LIF油污检测系统中的应用。针对于海水中金属元素的检测需要,本文设计了LIBS光谱检测系统。其中,激光器采用体积小、价格低的被动调Q固体激光器,通过选择光脉冲触发位置,可以检测出铜片、铝片中所含的铜、铝金属元素的特征谱线等相关信息,并分析了光谱采集信号的延时、光谱仪积分时间等基本参数对结果的影响。同时,以铜片为例对脉冲选择功能进行控制,给出不同脉冲位置对结果的影响,并分析针对不同固有延时的光谱仪的脉冲选择方案,体现了脉冲选择功能在被动调Q激光器多脉冲LIBS系统中的关键作用。最后,采用碳板为基底对不同区域的海水进行检测,可以检测出其中常见的钠、钙、镁等金属元素,以及污染海水中含量超标的铝、铜等元素,并给出定量分析。实验结果给出了脉冲选择功能在被动调Q LIBS金属元素检测系统中的应用。