太赫兹(THz) 波段的高灵敏探测器在诸多前沿领域中有着巨大的应用价值。超导量子电容探测器(QCD) 是一种在 THz 波段具备单光子探测能力的高灵敏直接探测器, 且可实现大规模阵列。对阵列而言, 可靠的读出技术是其性能发挥的基本保障。本研究利用零差读出技术进行了 QCD 信号读出与表征。微波同相正交(IQ) 混频器是零差读出电路的重要组成元件, 故对 IQ 混频器进行了详细表征与校准, 通过排除其不平衡性对探测器信号读出的影响, 提高了测量的可靠性。在此基础上, 对 QCD 的 THz 响应信号进行了测量, 结果显示 QCD 响应信号与理论预期结果高度一致。此外, 所构建的零差读出电路还可用于高灵敏超导微波动态电感探测器(MKID) 阵列等极低温(15 mK 以下) 探测器的信号读出, 为高灵敏 THz 探测器的开发奠定了良好的基础, 具有较高的应用价值。

提出了一种基于国内自研InGaAs 64×64盖革模式雪崩光电二极管（APD）阵列的小型化成像激光雷达系统，系统采用阵列探测器结合一维同轴扫描的方式实现车载移动平台快速地形三维成像。详细介绍了该系统的理论仿真模型、系统组成、工作原理和实验结果。静态测量时，对距离100 m处的平面目标扫描成像，其平面测量精度为0.12 m。动态测量时，将系统搭载于运动速度为60 km/h的车载平台对目标区域进行三维成像，成功获得了测量区域内目标三维点云，测绘效率约为36 km²/h，平均测量点密度为13454点/m²。实验结果表明国产盖革模式APD阵列激光雷达系统可实现动平台高分辨率三维成像，为高速运动车载平台实现高分辨率地形测绘提供新的技术手段。

针对红外探测器件大阵面技术缺乏、单孔径红外探测系统难以兼顾大视场和高分辨率等问题，设计了一种基于压缩感知技术的红外大视场高分辨成像系统。该系统由成像物镜和中继透镜组成，成像物镜对场景进行大视场高分辨率一次成像，一次成像的像面经空间光调制板的调制后由中继透镜二次成像在探测器阵列，利用图像重建算法可将探测器阵列接收的图像进行恢复。设计结果显示，所提系统的工作波段为3.8~4.8 μm，成像物镜具有F/1.999的大数值孔径，视场为±16°，像元数达到1280×1024，中继透镜像元数达到640×512，成像质量完全匹配所选的探测器阵列。此外，对比现有红外单孔径探测系统，所设计的系统具有大视场、高分辨、结构简单紧凑等优势，在航空遥感探测领域具有较大的应用前景。

为了提高探测器阵列靶的到靶激光功率密度测量范围及入射角度宽容性,从防护取样衰减结构出发,基于全反射与透射散射理论设计镀金铜基面板、光纤取样和散射片所组成的防护取样衰减结构。同时,将所设计的结构应用于探测器阵列靶系统。通过激光辐照靶面热分析、光线追迹仿真及激光逐点扫描实验,对系统抗激光损伤能力、角度特性及通道响应一致性进行分析测试。结果表明,该防护取样衰减结构可以承受高功率密度激光的长时间辐照;在0°~30°的入射角度范围内,实测角度特性系数经余弦校正后相对于正入射偏差小于4%;各通道单元间的响应不一致性标准差均小于2%。

由于光学衍射极限的存在,一直以来常规光学显微镜的分辨率被限制在照明光波长的一半左右,这严重限制了生物、材料等研究领域对于更细微结构的观察。共聚焦显微成像技术作为最典型也是最早的点扫描显微技术,凭借其良好的光切片能力和高信噪比成为如今应用最为广泛的光学显微技术。然而由于共聚焦显微成像技术的截止频率有限,分辨率的提升也受到限制。移频技术是将更高频的信息移动到可观察的频率范围,从而提高点扫描显微技术的分辨率。详细介绍了点扫描移频超分辨成像技术的基本原理、优缺点,并对其进行了展望。

为分析激光发射系统的性能, 需要测量激光光斑的绝对功率密度时空分布, 探测器阵列靶是有效手段之一。为实现定量分析, 需要对探测器阵列靶进行标定。探测器阵列靶单元数多, 标定难度大, 设计有效的标定系统十分重要。设计了一种新的标定系统, 该系统采用逐点扫描的方式, 具有适用性广、成本低、精度高等特点。并以某项目为例对标定系统的测量不确定度进行了测试分析, 结果表明: 可见光波段的测量不确定度为2.99%, 近红外波段的测量不确定度为3.62%,中红外波段的测量不确定度为6.17%.该标定系统是探测器阵列靶标定的有效手段, 值得借鉴。

对高能激光大气传输效应进行了理论分析,并结合数值算例定量分析了能见度和传输距离对到靶功率的影响。在此基础上,提出了一种基于阵列式探测器的高能激光大气传输试验与评估方法,给出了高能激光束到靶光斑参数的计算方法。研究结果能够用于测量高能激光通过大气传输后的激光功率密度时空分布,评估舰载高能激光**大气传输能力,为未来开展高能激光**外场试验奠定理论基础。