表面等离激元具有突破光学衍射极限、局域场增强等特点, 有望代替电子和光子作为信号载体, 综合光学系统的高带宽特性与电子系统的紧凑性, 构建新一代高速、高集成化的光电集成电路。为了有效探测表面等离激元, 基于时域有限差分法提出一种基于周期性光栅的平面型表面等离激元探测结构模型, 其中包括耦合光栅、条形波导以及探测光栅。首先简要阐述了探测结构的工作原理, 并建立了工作在670, 1 310和1 550 nm波段的仿真模型; 同时研究等离激元耦合效率随入射光偏振角度的变化以及等离激元吸收率与波导长度的关系; 最后实验制备了相应的表面等离激元探测结构。结果表明: 表面等离激元的耦合效率与偏振角度成余弦平方关系; 在670 nm波段, 吸收率在波导长度为5 μm的条件下为4.3%, 衰减长度为17.1 μm, 与表面等离激元传播长度的理论值17.5 μm基本吻合; 实验测得的光电流随偏振角度的变化趋势与仿真的吸收率变化趋势一致, 证实了上述模型能够实现对表面等离激元的有效探测。所提出的表面等离激元探测结构模型为将来高速、集成化的新型光电集成电路提供了理论和实验基础。

基于UMC 0.18μm CMOS工艺，提出一种适合紫外/蓝光探测的探测器，该器件由栅体互联的NMOS晶体管和横向/纵向光电二极管构成.其中，浅结的光电二极管由UMC工艺中Twell层（浅P阱）和Nwell层形成，以增强其对紫外/蓝光的吸收，栅体互联的NMOS晶体管可以放大光电流，提高探测器的灵敏度和动态范围.仿真结果表明，本文设计的紫外/蓝光探测器具有低的工作电压和暗电流，对300~550 nm波长范围的光具有高的响应度和宽的动态范围.在弱光条件下（光强小于1 μW/cm2），响应度优于105 A/W，随着光强增大，响应度逐渐降低，但总体仍超过103 A/W.

多层石墨烯具有超宽的光谱吸收范围及独特的光电性能, 是制作下一代光电探测器件的理想材料。 以石墨烯的带间隧穿理论为基础, 提出了一个多层石墨烯纳米带结构的光电探测器模型, 纳米带的两端与源极和漏极相连, 夹在半导体基质和上下栅极之间。 利用这个模型, 建立了多层石墨烯纳米带探测器的光电转换机制, 讨论了上栅极电压不同时探测器的工作原理, 研究了源-漏极间光电流及暗电流与入射光能量的关系, 探讨了探测器的偏置电压, 耗尽层长度以及带隙取值对暗电流的影响, 并分析了不同参数下探测器响应率以及探测率随入射光能量的变化关系。 结果表明, 探测器的响应率随纳米带层数的增加而增加, 受带隙, 耗尽层长度和偏置电压的影响, 最大的响应率约为103 A·W-1; 通过限制上栅压, 带隙等变量可以控制系统暗电流, 增大探测器的探测率, 最高探测率约为109 cm·Hz1/2·W-1。 多层石墨烯纳米带结构可以增强探测器对入射光的吸收, 提高探测器的灵敏度以及对弱光的探测能力, 实现对太赫兹到远红外波段入射光的有效探测, 探测性能远高于许多量子结构和窄带半导体结构的光电探测器。

有机发光和有机光伏器件为代表的有机光电器件在显示、照明、能源等领域有着广阔的应用前景。有机发光器件具有发光效率高、发光颜色丰富、响应速度快等优点, 而有机光伏器件具有质轻、成本低、可实现柔性器件等优点。金属纳米颗粒的表面等离子体共振耦合效应可以提高有机发光器件的效率和有机光伏器件的光电转换效率, 因而得到了研究人员的广泛关注。本文综述了金属纳米颗粒改善有机发光/光伏器件性能方面的研究进展, 并对其今后的应用趋势进行了讨论。

提出了一种新的谐振腔增强型(RCE)光探测器结构，它将器件结构中的谐振腔分为三个子腔。分析表明，采用这种新结构的光探测器在保留了RCE光探测器优点的同时，还实现了器件量子效率及其光谱响应线宽之间制约关系的解耦，因而可以同时获得窄的光谱响应线宽(<1 nm)，高的量子效率(>90%)和高的响应速度。该器件可望在密集波分复用(DWDM)光通信系统中得到广泛应用。