冷凝过程广泛存在于自然、日常生活、工业生产等方面,作为凝结过程的第一步,冷凝成核有着重要意义,同时冷凝成核本身也有诸多重要应用,如天气控制、空气除尘、表面防雾等。对冷凝成核研究并加深对该过程的认识,将有助于相关领域的技术发展与革新。然而受到传统观测手段最小成像极限的限制,已有工作对于冷凝成核过程实验研究尚不充分。本文以冷凝液滴多尺度演化为背景,针对液滴生命周期的初始微观阶段,搭建了蒸汽冷凝光学检测实验平台,利用光纤光谱仪、大功率激光器等设备,观测了冷凝初期光波的散射、干涉等现象,考察发生在蒸汽体相以及冷凝界面上的成核微观行为。纯蒸汽冷凝过程中,水分子首先在近壁面附近气相团聚成核形成团簇,且团簇的生成量随过冷度增加而增加；同时,临近表面数百微米的空间内存在团簇层,团簇在垂直表面方向呈现一定分布,距离表面越远,冷凝团簇平均尺寸越小,密度越稀薄；分子团簇在远离低温壁面后会在一段时间内发生泯灭,时间越长,团簇泯灭比例越大,经过计算,一定过冷度下近壁面气相水分子团簇的寿命约为毫秒量级。对于表面膜状冷凝过程的初始阶段,表面反射率谱线特性既不同于光洁表面又明显区别于薄液膜存在时的理论计算谱线,说明冷凝初期蒸汽首先在表面凝聚形成不连续的液核,随着冷凝进程的发展,液核发生合并形成液膜,初始液膜形成厚度约为百纳米量级。同时对表面反射率进行连续捕捉可计算获得膜厚变化曲线,为动态薄膜厚度的连续在线测量提供一种良好的方法。对于含有悬浮微粒的湿空气,研究发现,在其进行绝热膨胀过程中,水蒸气以固体悬浮颗粒为凝结核心在体相发生非均相冷凝形成微液滴,结合激光Mie散射原理分析发现,微液滴平均尺寸与气相水分压、气体膨胀率呈现正相关；经计算,一定湿度的空气绝热膨胀非均相核化冷凝形成微米级液滴,为其成为一种高效、易于维护的除尘前处理技术提供理论依据。