外延电阻淬灭型硅光电倍增器(EQR SiPM)的特点是利用硅衬底外延层来制作器件淬灭电阻。为了进一步提高大动态范围EQR SiPM的光子探测效率, 并且解决填充因子较低和增益较小等问题, 在前期研究工作的基础上研制出微单元尺寸分别为15 μm和7 μm的EQR SiPM, 有源区面积均是1 mm×1 mm。通过改变EQR SiPM的微单元尺寸优化填充因子, 有效提高了探测效率与增益; 其微单元密度分别是4 400个/mm2和23 200个/mm2, 依然保持着较大的动态范围。室温条件下(20 ℃), 工作在 5 V过偏压的EQR SiPM至少可分辨13个光电子; 15 μm和7 μm EQR SiPM的增益分别为5.1×105和1.1×105, 在400 nm波长下的峰值光探测效率分别达到40%和34%。

报道了一种基于硅光电信增管(SiPM)的时间相关多光子计数（TCMPC）技术并将其应用于时间分辨拉曼散射测量。 相比于常规基于光电倍增管（PMT）或单光子雪崩二极管（SPAD）的时间相关单光子（TCSPC）技术， 由于SiPM可以分辨信号脉冲的具体光子数， 基于SiPM的TCMPC技术消除了信号脉冲包含的光子数必须小于等于1的限制， 光子计数效率提高了10倍以上， 大大节省了测量时间。 此外， 多光子测量比单光子测量能够得到更好的时间分辨率， 时间分辨拉曼散射系统的仪器响应函数（IRF）从单光子814 ps缩短至双光子597 ps， 因而可以用更窄的时间门限抑制荧光本底等噪声对拉曼散射测量的影响。 使用TCMPC技术测量CCl4在05和15 pe两个不同光子数阈值的拉曼峰的峰本比， 后者较高的光子数阈值能进一步降低SiPM暗计数噪声的影响， 增加了拉曼信号测量的信噪比， 测量得到的CCl4 459 cm-1拉曼峰的峰本比是前者的64倍。 将所述新的拉曼散射测量技术与基于PMT和锁相放大器（LIA）的传统拉曼散射测量技术进行了比较研究， 前者由于可以使用仅有数十皮秒的测量门限， 可以有效抑制荧光、 环境杂散光和SiPM暗计数等噪声的影响， 所得光谱具有更好的峰本比， 测得CCl4的459 cm-1拉曼峰和Si的一阶拉曼峰的峰本比分别是后者的39倍和55倍。

考虑用CaF2材料制作投影光刻物镜可以明显提高其性能指标, 本文研究了CaF2材料加工工艺的全流程, 以实现CaF2材料的全频段高精度加工。首先, 利用沥青抛光膜和金刚石微粉使CaF2元件有较好的面形和表面质量。然后, 优化转速、抛光盘移动范围、压力等加工工艺参数, 并使用硅溶胶溶液抛光进一步降低CaF2元件的高频误差, 逐渐去除加工中产生的划痕并且获得极小中频误差(Zernike残差)和高频粗糙度。 最后, 在不改变CaF2元件高频误差的同时利用离子束加工精修元件面形。对100 mm口径氟化钙材料平面进行了加工和测试。结果表明: 其Zernike 37项拟合面形误差RMS值可达0.39 nm, Zernike残差RMS值为0.43 nm, 高频粗糙度均值为0.31 nm, 实现了对CaF2元件的亚纳米精度加工, 为研发高性能深紫外投影光刻物镜奠定了良好基础。

本文提出一种高精度非回转对称非球面加工方法。首先, 通过范成法铣磨出非回转对称非球面的最佳拟合球; 然后, 利用古典抛光修正小磨头确定抛光难以修正的中频误差; 最后, 利用高精度气囊抛光设备(IRP)精确对位精修面形, 在不引入额外中频误差条件下, 通过高精度对位检测技术实现非回转对称非球面高精度加工。将该方法应用于定点曲率半径为970737 mm、k=-1、口径为106 mm三次非球面加工, 降低了加工难度, 提高了加工精度, 面形误差收敛到1/30λ(RMS)。实验结果验证了本文加工方法的正确性和可行性, 对高精度非回转对称非球面加工具有一定的指导意义。

针对溶解氧浓度微量探测的现实需求, 提出了一种基于荧光猝灭原理、利用多孔光纤实现的溶解氧浓度测定新方法。该方法将钌联吡啶［Ru(dpp)3］Cl2掺杂的凝胶薄膜修饰在多孔光纤的内壁上, 制备了一种溶解氧测定探头并对其测试性能进行表征。光纤贯穿整个长度的孔洞结构既可以作为敏感膜的载体, 也可以作为待测物流过的通道和反应场所。与传统测试方法相比, 该测试探头的多孔道结构显著提高了比表面积, 指示剂可以与溶解氧直接反应, 提高了探头的敏感性并且具有微量探测的潜力。实验结果表明, 在0～20 mg/L的浓度范围内, Stern-Volmer曲线近似线性, 响应敏感度I0/I为3.6, 响应时间为200 ms。该测试方法在溶解氧微量探测领域具有重要用途。

研究了高精度非球面中频误差的抑制方法和磨头抑制特性等问题，提出了一种小磨头自适应抛光抑制中频误差的方法。将铣磨后中频误差明显的非球面进行预抛光，以去除亚表面损伤。使用气囊抛光方法将非球面面形精抛到较高精度。使用自研的双柔性自适应抛光磨头进行多轮抛光抑制精抛后非球面表面残留的中频误差，并使用计算全息(CGH)进行面形检测，直到Zernike残差不再收敛。使用此方法成功抛光了一块口径为150 mm、最大偏离度为0.183 mm的熔石英非球面。通过3轮中频误差抑制，面形方均根值(RMS)从预抛光后的76 nm收敛至4.5 nm；相应地，Zernike残差RMS由精抛后的22.72 nm收敛至3.46 nm。实验结果表明，该方法可以实现非球面中频误差的快速有效抑制。

去除散斑条纹图中的噪声是电子散斑干涉测量技术的关键问题。提出将总变分图像去噪方法应用于电子散斑干涉条纹图滤波过程中，并对保真系数进行了改进。用总变分模型定义图像的能量函数，利用变分法求得满足能量函数的最优解，将图像去噪过程转化为求解偏微分方程的过程。分别对计算机模拟的条纹图和实验获得的条纹图进行了测试，定性和定量分析的结果表明该技术能够在显著滤波的同时保持条纹的对比度。