利用GaN光电阴极多信息量测试评估系统，对反射式梯度掺杂和均匀掺杂GaN光电阴极样品进行了激活及衰减后的量子效率测试，并测试衰减速率。在同样的衰减时间内，和均匀掺杂样品相比，梯度掺杂样品的衰减比例较小，衰减速率较慢，其原因在于梯度掺杂结构可在其发射层内部产生系列内建电场，致使其能带连续向下弯曲，导致其表面真空能级比均匀掺杂样品下降得更低，发射层表面形成的负电子亲和势更明显，造成发射层内的光生电子更易逸出，阴极量子效率的衰减变慢，从而使其稳定性强于均匀掺杂结构。

针对GaN 基光电阴极激活过程中Cs-O 交替存在的光电流的增幅问题，本文主要比较了GaN和GaAs 材料性质、表面结构以及激活过程中光电阴极的光电流。发现GaN 的熔点高于GaAs，在制备GaN基光电阴极时则需要更高的热清洗温度；如果用双偶极子模型描述GaN(1000)和GaAs(100)表面的光电发射机理，GaN(1000)表面Cs 原子与O 原子形成第二偶极矩O-Cs，几乎“平躺”在表面，对光电发射贡献不大；GaAs(100)表面Cs 原子与O 原子形成第二偶极矩O-Cs 几乎“垂直”于表面，降低了表面功函数，对光电发射贡献很大；Cs-O 激活过程中，对于GaAs 光电阴极，Cs、O交替过程形成的光电流与单纯Cs 激活时的光电流相比，有几倍甚至上百倍的增长；GaN 只提高了20%左右。通过第一性原理计算，与现在的GaN 基（1000）面相比，GaN 基的(1120)和(1010)面是极具潜力的光电发射面；预计闪锌矿GaN 基（100）面会取得更好的结果。

针对 NEA GaN光电阴极结构设计和制备工艺需进一步优化的问题, 结合阴极量子效率表达式和影响量子效率的因素, 采用理论和实验相结合的方法, 分别研究了 GaN光电阴极材料的表面反射率、光学折射率、光谱吸收系数以及透射光谱等光学参数。结果表明在 250 nm到 365 nm的波长范围内, 表面反射率相对平稳, 是影响量子效率的直接因素, 而光学折射率则通过电子表面逸出几率间接影响着量子效率。给出了均匀掺杂 GaN光电阴极的光谱吸收系数的特点, 根据变掺杂 NEA GaN光电阴极的结构特点, 给出了光谱平均吸收系数的概念和等价计算公式, 并对均匀掺杂与变掺杂 NEA GaN光电阴极光谱吸收系数进行了对比。

在光子增强型热电子发射转换机制的理论基础上，研究了NaCsSb真空二极管在光照和加热条件同时作用下的表现。光电转换效率实验测试了在不同波长以及不同温度条件下，NaCsSb真空二极管的电流电压曲线和功率电压曲线，并计算了NaCsSb真空二极管的光电转换效率。实验结果表明，光照和加热条件共同具备时，NaCsSb真空二极管产生的功率约为仅提供光照条件时的两倍多。在同一波长下，加热时的真空二极管转换效率更高。

用光谱响应测试仪得到了反射式梯度掺杂GaN光电阴极在激活和衰减过程中的光谱响应曲线, 发现此曲线不断发生变化。在激活过程中光谱响应不断提高,且长波响应提高较快;衰减过程中光 谱响应不断下降,长波响应下降得更快。结果表明:光谱响应曲线的变化与光电阴极高能光电子的 逸出有关。GaN光电阴极发射的电子能量分布随入射光子能量升高而向高能端偏移,阴极表面势垒 形状的变化对低能光激发电子的影响更大,导致光谱响应曲线随入射光波长改变而产生了不同的变化。

为了解决分光轴式多源图像融合系统近距离图像配准问题, 建立了一种双目成像配准模型, 分析了分光轴系统的镜头中心距对配准精度的影响。该模型以物点对不同镜头的入射角差为切入点, 以入射角差作为配准精度的判别依据, 分析了配准精度随镜头中心距和物距的变化关系。结合探测器角分辨率和光轴调校精度, 给出了分光轴系统像素级配准的距离范围计算公式, 并且引入光轴初始夹角和图像像素平移量, 实现近距离变视距图像配准。计算结果表明: 分光轴系统光轴平行时可对某一最近距离至无穷远范围内配准, 当调节系统对更近距离配准时, 可在一段有限范围内配准, 缩小镜头中心距和提高光轴调校精度可以扩大系统的配准范围。利用提出的配准距离范围计算方法, 结合目标测距, 实现了分光轴式红外与可见光图像融合系统近距离变视距图像配准。

采用分子束外延技术制备了具有相同的均匀掺杂或指数掺杂的反射式(r-mode)和透射式(t-mode)GaAs光电阴极样品。利用在线光谱响应测试系统测试了它们的光谱响应，并对实验曲线进行拟合，得到了电子扩散长度和积分灵敏度。结果表明，经工艺处理后的t-mode样品，在均匀掺杂情况下其电子扩散长度的减小量是指数掺杂情况的两倍，积分灵敏度的降低量后者比前者少3%，因此指数掺杂方式有利于降低组件制备工艺对阴极材料发射层的影响。

GaN光电阴极的制备成功与否需用科学手段加以评估。在GaAs光电阴极多信息量测试系统的基础上, 增设紫外光源, 并对评估软件重新加以编写, 设计出GaN光电阴极测试评估系统。利用该系统测试了GaN光电阴极在制备过程中的Cs源电流、O源电流、光电流和激活室真空度等多个信息量, 并利用激活后的光谱响应对阴极进行了评估, 实现了对GaN光电阴极性能的客观评价。

研制了一种短波红外、中波红外和激光测距仪联合工作的图像融合系统。系统实现了全天时可透雾的远距离场景监控、远距离目标测距, 并能够检测1.06 μm和1.57 μm的激光光束。为了保证系统的融合图像质量, 提高配准精度, 提出了一种光轴平行度校正方法, 实现短波红外和中波红外图像的粗配准;提出了一种新的迭代优化方法, 通过寻找最优配准参数来获得最佳的融合性能, 采用基于人眼感兴趣区域的清晰度指标作为评价函数来完善配准过程, 采用粒子群优化算法解决联合优化问题, 实现短波红外和中波红外图像的精配准。实验结果表明该系统在远距离场景监控和战场态势感知等方面具有较大的应用潜力。

为了得到铯吸附与阴极电子亲和势变化之间的定量关系，利用NEA光电阴极激活评估实验系统对GaN光电阴极进行了铯激活.根据半导体光电发射理论和双偶极层模型，通过对电子亲和势随铯覆盖度变化的实验结果进行拟合运算，得到电子亲和势与铯覆盖度之间的函数关系式.分析了铯的吸附机理，得到激活过程中铯的吸附过程与GaN材料有效电子亲和势下降之间的关系.实验表明：负电子亲和势 GaN光电阴极材料在铯激活时光电流随着铯覆盖度的增加而从本底值增为极大值，激活过程中GaN电子能量分布曲线低动能截止点的位置决定于铯的覆盖度.当铯的覆盖度从0、1/2、2/3到1个单层变化时，低动能截止点依次向左移动，当覆盖度从0增加到1个单层时，低动能截止点向左移动了约3eV的距离.研究表明，低动能截止点左移本质上是由于对电子逸出起促进作用的有效偶极子［GaN(Mg):Cs］数量的增多造成的，有效偶极子数量的增多带来了材料表面真空能级的下降.