由于固体燃料成分复杂,其燃烧会经历一系列物理化学过程,属于非均相燃烧体系。深入理解燃料燃烧特性及燃烧产物的形成及转化过程是提高能源利用效率及控制污染物生成的基础。在高温条件下,固体燃料的燃烧反应很快,目前的燃烧模型仍存在适用范围小、经验参数选取困难等问题,燃烧特性及产物的实验研究是发展和优化燃烧模型的重要依据。对于高温复杂环境下的原位快速测量技术的发展为燃烧机理研究提供了新的方向。因此,本文致力于将光学检测技术应用于固体燃料燃烧动态过程分析,针对NOx等污染物以及影响燃烧设备安全高效运行的碱金属的形成及释放机制进行实验和理论研究。在对现有的燃烧检测手段和分析方法进行调研以及深入了解燃烧特性研究现状的基础上,对用于单颗粒固体燃料燃烧过程研究的温度及产物测量方法进行了介绍,阐述了先进光学测量技术与燃烧特性研究的结合方式,提出了本文的具体研究内容。在此基础上设计并搭建了基于多信息融合以实现单颗粒固体燃料燃烧过程时空分布特性获取的实验系统。利用光学探测技术对具有代表性的单颗粒固体燃烧火焰及产物进行了检测,分析不同固体燃料从脱挥发分到挥发分燃烧、焦炭燃烧各过程的特性及燃烧气氛对燃烧过程及产物的影响,并将实验结果与理论分析相结合揭示产物生成及转化机理。为了研究固体燃料的燃烧过程,本文结合了多种光学测量方法获取全过程的火焰形态、温度、产物信息。利用图像信息对不同组份的固体燃料着火及燃烧过程进行了分析,通过燃烧产物自身的发射光谱,实现固体燃料颗粒着火及燃烧全过程的测量,对比和分析了不同燃烧气氛条件下的火焰形态特征与碱金属的时空分布信息,建立光谱特征与燃烧阶段的联系,研究固体燃料着火特性及燃烧过程碱金属释放规律,分析各因素对着火过程及碱金属析出的影响。在充分理解固体燃料燃烧过程的基础上引入激光诱导击穿光谱技术（LIBS）对固体燃料燃烧过程进行原位在线分析以获取更多与燃烧相关的产物信息,建立激光残余能量与火焰温度之间的对应关系以同步获取不同种类固体燃料燃烧过程中温度和产物随燃烧进程的变化。结合图像分析获取燃烧过程火焰温度及火焰形状随燃烧时间的变化规律,建立与燃烧阶段的关联,探求不同燃料在不同气氛条件下的挥发分析出机理及着火、燃烧过程的动态特性。通过分析单颗粒燃料在不同气氛条件下燃烧过程及相关产物基团的迁移和时空变化规律,研究光谱特征与NOx生成过程的关联,进而揭示燃烧过程的NOx形成及转化机制。本研究提出了一系列用于固体燃料燃烧过程研究的实验及理论分析方法,为建立单颗粒固体燃料的挥发分析出及着火模型,深化对燃烧机制的认识提供了丰富的实践依据。