双结深光电二极管包括一深一浅两个光电二极管, 深、浅pn结光电二极管的光电流比值I2/I1随入射光波长单调增加。文章基于0.5 μm CMOS工艺对双结深光电二极管深、浅结光电流进行了数学建模和Matlab仿真。设计了片上信号处理电路, 将双结深光电二极管深、浅结光电流比值转换成电压输出。仿真结果表明, 信号处理电路的输出与ln(I2/I1)具有良好的线性关系。单片集成的CMOS波长检测芯片可用于未知荧光的波长检测和特异性分析。

双结p+/n-well/p-sub光电二极管由于其较高灵敏度、低暗电流而成为荧光检测光电传感单元的最佳选择。文章基于0.5μm CMOS工艺对双结p+/n-well/p-sub光电二极管进行了版图优化设计，有效减少了硅和二氧化硅界面对光电二极管光吸收区暗电流的影响。流片后测试表明优化后版图面积为100μm×100μm，双结p+/n-well/p-sub光电二极管单元的暗电流从11pA减小到了6.5pA，光电流从2.15nA稍有减弱到2.05nA，光暗电流比值提高了60%。优化后的双结p+/n-well/p-sub光电二极管更适用于对微弱的荧光信号检测。

光诱导光子晶格是一种周期光学系统，其对光束传输的控制在全光交换、光开关等方面具有潜在应用。运用优化的交替隐式差分波传输法对非线性薛定谔方程进行数值仿真，研究了涡旋光束在光诱导自聚焦类方晶格中的传播特性、光子晶格对光束传输的影响以及形成涡旋孤子的条件。研究发现，不存在晶格时，涡旋光束会由于自聚焦效应而分裂成基态孤子；存在晶格时，离散涡旋孤子的稳定传输与外加电场、晶格深度、输入光强有关，非格点激励的一阶涡旋光束在合适的条件下能形成稳定传输的离散涡旋孤子。

针对目前光学图像识别准确率不高的问题，重点研究了基于小波空间特征谱熵的图像特征提取方法。该方法利用小波变换前后能量不变的原理，构造小波能量模式矩阵，对该矩阵进行奇异值分解，并求取奇异值的特征谱熵作为图像的特征。同时，还结合反向传播神经网络来进行图像识别。实验结果表明，所提出的图像特征提取方法能够获得较高的图像正确识别率，证明了该方法的有效性。

光学图像感染噪声是一种非常常见的现象，为了克服传统图像滤波方法不可避免带来的图像边缘模糊和奇异值影响，提出了一种基于阿尔法均值滤波算法和信息散度的图像自适应滤波算法。该算法充分利用了信息散度的特性和阿尔法均值滤波算法的优点，采用信息散度自适应的确定滤波窗口的加权系数值。实验结果表明，该算法可动态的确定滤波窗口内像素点的取值，具有较好的自适应性，同时与现有的中值滤波和均值滤波算法相比，对于受到高斯噪声、椒盐噪声以及混合噪声感染的图像，具有比较好的滤波效果，并可以很好地保护图像细节信息，具有提高图像清晰度的功能。

基于标准CMOS工艺, 可实现单结深光电二极管传感器(p+/nwell、nwell/psub和n+/psub)和双结深光电二极管传感器(p+/nwell/psub)。建立了双结深光电二极管传感器的光电响应数学模型, 仿真了四种结构的光敏响应。采用上华0.5μm CMOS工艺实现了p+/nwell和p+/nwell/psub两种结构, 传感面积为100μm×100μm。p+/nwell型结构在400nm波长, 60lux光强下光电流为1.55nA, 暗电流为13pA, p+/nwell/psub型结构在同等条件下光电流为2.15nA, 暗电流为11pA。测试表明, 设计的双结深光电传感器具有更高的灵敏度, 可用于微弱的生物荧光信号检测。

回顾了荧光检测系统的发展历史, 详细阐述了与半导体CMOS技术结合后荧光检测系统微型化的发展过程, 包括基于CMOS荧光传感芯片的直接式和间接式荧光检测系统。最后, 提出了一种新型的微型化单片集成CMOS荧光传感芯片, 为荧光检测系统的设计和应用提供了新思路。