尽管长波红外成像技术在陆地遥感、天文学等应用中至关重要，但其面临着来自压倒性热背景辐射的根本性挑战。这种背景光子通量常常将传统探测器推向其背景限制性能（Background-Limited Performance，BLIP）的极限。此时主要的限制因素并非探测器固有的噪声，而是背景本身的散粒噪声。本文论证了一个关键的分类，以区分两种表面相似但本质迥异的探测架构——差分探测器和微分探测器。根据探测器的应用和实现途径可知，传统差分探测器的背景光电流为可探测的信号差异设置了一个由背景决定的阈值，而微分探测器则是一种在物理感知层面直接对目标物理量的差异进行测量的器件：只有微弱的差值信号被积分，导致极大量的累加采样，因此可将信噪比提升至前所未有的水平。特别介绍了基于量子阱红外光电探测器（Quantum Well Infrared Photodetector，QWIP）的微分探测技术路径。QWIP以其极低的暗电流、精准的电学可控性和内禀的光谱选择性，为实现高性能长波红外微分探测器提供了理想的物理基础，并已在实验中取得显著进展。最后利用费雪信息理论和克拉默-拉奥约束为微分探测器提供了严格的理论支撑。

双色探测器相较于单色探测器具有更高的探测精度，是第三代红外探测器中的典型代表。II类超晶格具有宽吸收光谱、高均匀性等突出优点，可用于制备双色探测器。退火技术则可通过提高侧壁钝化质量以及材料与电极接触质量来改善双色II类超晶格器件性能。通过对器件进行一系列不同温度的退火实验，就退火对中/长波双色II类超晶格红外焦平面器件性能的影响进行分析研究。通过优化退火工艺，pnp结构器件的长波对应阻抗可提高4.6倍，npn结构器件的长波对应阻抗可提高31%。相比于通过优化材料结构和器件结构来提升器件性能，退火具有高效、简便等突出优点。该研究对中/长波双色II类超晶格红外焦平面器件的性能提升具有一定的参考意义。

在红外透明导电薄膜研究领域，缓解高透光率与低电阻率之间的矛盾是一个重大的科学挑战。采用分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）技术研究了生长温度对铟掺杂硒化镉（CdSe∶In）薄膜电学性能的影响，制备出兼具204 cm²·V^-1·s^-1高迁移率以及6.95×10^-5 Ω·m低电阻率的透明导电薄膜。该薄膜在1~4 μm波段表现出大于87%的高透光率。温变特性研究结果表明，薄膜电导率存在三个温度区间，它们是根据载流子传输机制的转变而区分的。与已报道的其他中红外透明导电薄膜对比后可知，CdSe∶In薄膜在载流子迁移率及透光率方面展现了明显的优势。本研究为CdSe∶In薄膜在中红外探测器中的应用奠定了实验与理论基础。

针对发动机尾焰组分浓度对红外光谱辐射强度的重要性，提出了一种高效的红外光谱浓度求解模型，即结合竞争性自适应重加权采样（Competitive Adaptive Reweighted Sampling，CARS）算法与卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）-门控循环单元（Gate Recurrent Unit，GRU）深度学习算法的CARS-CNN-GRU模型。该方法通过CARS算法筛选关键波长，获取尾焰成分浓度信息，然后利用CNN-GRU模型对序列数据进行长程依赖分析，实现多尺度特征提取。仿真结果表明，与传统模型相比，CARS-CNN-GRU模型在H₂O和CO₂浓度求解方面具有更高精度，其均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）分别降至0.0014和0.0017，R²值分别为0.999和0.998，平均绝对误差（Mean Absolute Error，MAE）分别为0.0011和0.0014。本文提出的CARS-CNN-GRU模型在红外光谱浓度求解方面展现出优越的性能，相较于传统方法具有更高精度、稳定性和可靠性，为**和民用航空领域的隐身技术、环境监测以及燃烧效率评估等方面提供了有力支持。

太赫兹技术由于频谱资源丰富，在下一代无线通信中有着巨大潜力。基于电子设备的系统用于生成太赫兹波时设备带宽非常有限，限制了系统吞吐量增长，而光子辅助太赫兹系统价格昂贵且结构复杂。为了解决这个问题，提出了一种使用Delta-Sigma调制（Delta-Sigma Modulation，DSM）的太赫兹系统。在研究中生成一组0.15 THz的1024-QAM信号并成功演示了一个2 m自由空间无线太赫兹波传输系统。此外，受到DSM解调中快速误差传播的启发，提出将数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）与复值神经网络（Complex-Valued Neural Network，CVNN）相结合的方法以提高1024-QAM信号的误码率（Bit Error Rate，BER）性能。当BER软判决为2×10^-2时，接收机的灵敏度提高了0.5 dB。本文方法能够有效解决传统正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）中噪音带来的问题，以提高适应于带宽不足的电子设备的频谱效率。

为了解长三角城市群生态气候特征及动态变化，基于区域111个气象站点逐日气温、降水量、相对湿度、风速等观测数据以及MODIS归一化差值植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）和地表温度（Land Surface Temperature，LST）数据，采用遥感、GIS和主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）法，并对现有的遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index，RSEI）进行改进。从干湿度、舒适度、绿度、热度、空气洁净度等方面构建了综合生态气候指数模型，分析了城市群生态气候的动态变化特征。结果表明，2001～2018年期间，城市群植被覆盖度以2.80%/10a的趋势显著增加，混合层高度以51.3 m/10a显著降低，综合生态气候指数以0.10/10a显著降低，并呈现出区域性整体降低的趋势。人类活动和城市化对长三角城市群生态气候变化具有显著的影响，需要在推动经济社会发展的同时加强生态气候的保护和改善，实现人与自然和谐共生。