对As2和As4两种不同分子态下利用分子束外延技术(MBE)生长的单层AlGaAs薄膜和GaAs基InGaAs/AlGaAs量子阱红外探测器（QWIP）的性能进行了研究, 发现As2条件下生长的单层AlGaAs材料荧光强度更大、深能级缺陷密度更低; 相对于As4较为复杂的吸附、生长机制引入的缺陷, 在As2条件下生长的InGaAs/AlGaAs QWIP具有更低的暗电流密度、更好的黑体响应、更高的比探测率和更优异的器件均匀性。生长制备的InGaAs/AlGaAs QWIP在60K的工作温度、-2V偏压下, 暗电流密度低至7.8nA/cm2, 光谱响应峰值波长为3.59μm, 4V偏压下峰值探测率达到1.7×1011cm·Hz1/2·W-1。另外, 通过As元素的不同分子态下InGaAs/AlGaAs QWIP光响应谱峰位的移动可以推断出As元素的不同分子态也会影响In的并入速率。

波长为940nm的大功率半导体激光器是基于Yb∶YAG激光器的重要泵浦光源。为了制备高输出功率的940nm半导体激光器, 基于非对称超大光腔波导外延结构, 对芯片后制备工艺进行了优化。在芯片的侧向, 引入了隔离双沟结构, 以实现对侧向电流扩展的有效抑制, 从而提高器件的性能。通过优化双沟的间距和深度, 并结合长腔长结构, 制备的940nm半导体激光器在室温且未采取任何主动散热的条件下, 最高出光功率达到20.3W。

光子晶体光纤陀螺使用光子晶体光纤替代普通光纤绕制光纤环, 是光纤陀螺的发展方向。光纤种类不同, 其热相位噪声特性与传统陀螺存在差异。对光子晶体光纤陀螺光纤热相位噪声展开研究, 利用有限元方法建立光纤模型及噪声模型, 并搭建光源强度噪声抑制光路对热相位噪声进行测量, 通过实验结果与仿真的对比, 验证了模型的正确性。

为满足CMOS图像传感器(CIS)图像数据高速输出的需求, 提出一种适用于CIS的片上高速低电压差分信号（LVDS）驱动电路结构。首先介绍了CIS高速数据传输接口的常见类型、LVDS接口技术的起源和特点; 接着根据CIS的需求特点确定了LVDS驱动电路的设计思路和结构; 最后给出了驱动电路设计原理图和仿真结果, 以及接收端眼图仿真结果。仿真结果表明,该LVDS驱动电路, 数据传输速率可以达到500Mb/s, 所有参数均满足TIA/EIA644A接口标准的需求, 接收端眼高为310mV, 眼宽为0.9UI。

以双D型光纤作为传输载体, 研究了一种基于表面等离子共振技术的双D型光纤折射率传感器。利用时域有限差分法, 分析了双D型光纤剩余包层厚度、金膜厚度、金膜表面粗糙度以及双通道传输对光纤SPR传感器性能的影响。仿真结果表明, 当剩余包层厚度为300~500nm、覆盖的金膜厚度为50nm时, 双D型光纤SPR传感器的性能得到优化; 金膜表面粗糙度也是影响传感器性能的重要因素, 当金膜表面粗糙度的均方根值低于2nm或其相关长度大于160nm时, 金膜表面粗糙度对传感器性能的影响显著减小, 且在折射率为1.33～1.36的传感环境下具有较好的线性度; 在双D型光纤两侧覆不同的金属膜, 可以实现信号的双通道测量。

提出一种星形金纳米颗粒修饰的81°倾斜光纤光栅（TFG）生物传感器。通过金黄色葡萄球菌蛋白A固定法, 将自制的高纯度新城疫病毒（NDV）单克隆抗体固定于81°TFG表面, 制成对NDV具有特异性检测功能的生物传感器。结果表明, 传感器对NDV的最低探测极限达10~25pg/mL, 检测饱和点约为1000pg/mL; 在0~200pg/mL具有较好的线性相关度（R2约为0.911）, 相应的灵敏度约为1394pm/(ng/mL)。此外, 通过对NDV的特异性和临床性测试, 表明该生物传感器对NDV具有高度的特异性和临床有效性。

建立时间是边沿触发器的一个重要技术参数, 在设计跨时钟域电路和高速数字电路时起着关键性的作用。介绍了一种对集成边沿触发器或自制边沿触发器的建立时间进行物理测量的方法, 利用同一脉冲分别作用于触发器的时钟端和输入端, 通过延时器对两个端口的脉冲进行时延扫描调节, 就可测得该触发器的误码统计分布曲线, 从而获得较为精确的建立时间参数。对集成边沿触发器74LS74芯片进行了实测, 测试精度可达1ps。

铌酸锂波导集成光学芯片是高精度光纤陀螺系统的核心器件, 其性能直接影响光纤陀螺系统的性能。而质子交换炉是用质子交换法制备铌酸锂光波导的主要设备, 其炉温的控制质量直接影响铌酸锂光波导的质量。为了实现炉温的精确控制, 以炉膛内空气的温度为控制对象, 基于热平衡机理建立了质子交换炉温控模型, 并在此模型基础上进行了稳定性分析, 并利用MATLAB软件对温控模型进行PID控制仿真, 结果表明, 所建立出来的温控模型是稳定的, 但系统采用PID控制时抗干扰能力差, 这为进一步研究温度控制策略提供了依据。

HgTe/CdTe量子阱是研究拓扑绝缘体新奇物性的一个很好载体。采用Kane八带k·p模型, 对电场驱动Hg1-xCdxTe/CdTe量子阱拓扑相变及其相变前后的光吸收性质进行了研究, 并使用BHZ模型对吸收系数进行了解析计算和分析。结果表明: 在电场能够驱动Hg1-xCdxTe/CdTe量子阱拓扑相变后继续增大电场, 其能带可变为墨西哥帽形状, 联合态密度将会增强, 导致光吸收相比于无电场时显著增强, 与解析计算结果相吻合。对于平行界面偏振光（TE）吸收曲线在带边还形成了双峰结构。文章结果可用于新型红外光电探测器、激光器以及频率选择器等量子阱器件的研究和设计。

采用高温固相反应法制备了Si4+、Ge4+和Sn4+离子掺杂的LiGa5O8∶Cr3+长余辉材料, 系统研究了掺杂对LiGa5O8∶Cr3+光致发光和长余辉性能的影响。实验结果表明, 所制备的系列材料能产生650~800nm的近红外余辉发射, 主发射峰位于717nm, 来源于Cr3+离子的2E→4A2特征跃迁, 与未进行掺杂的样品相比, 掺杂Si4+、Ge4+和Sn4+离子的LiGa5O8∶Cr3+余辉发光强度均得到增强, 余辉性能显著改善。热释光测试结果表明, Si4+、Ge4+和Sn4+离子掺入主要提高了LiGa5O8∶Cr3+的陷阱浓度, 且使得有效陷阱的数量增加, 从而改善了LiGa5O8∶Cr3+的余辉性能。

选择区域外延生长（SAG）技术是微纳尺度GaN基发光器件的主要制备方法之一。在选择区域外延生长中, Ⅲ族金属原子在掩模介质表面的迁移行为对微纳器件的形貌及特性有非常重要的影响。利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统研究了选择区域外延生长中Ga原子在掩模介质表面上的迁移特性, 得到了不同反应腔压力和生长温度下Ga原子在掩模介质表面的迁移长度, 且在保持其他生长条件不变的情况下, 适当降低反应腔压力或提高生长温度可提高Ga原子的迁移长度。

钙钛矿薄膜的晶粒尺寸对器件性能影响很大。采用湿润性不同的空穴传输层以及不同浓度的CH3NH3I（MAI）溶液, 使用热退火和溶剂气氛退火的方法制备出CH3NH3PbI3薄膜及相应电池。测量了不同制备条件的钙钛矿薄膜的X射线衍射、扫描电子显微镜、光致发光谱, 以及器件的电流密度电压曲线。结果表明, 溶剂气氛退火可以有效地增大薄膜的晶粒尺寸, 提高器件的电流密度; 较高浓度的MAI能将PbI2完全转化为CH3NH3PbI3, 增大晶粒尺寸; 不湿润的功函数更高的空穴传输层有利于电池效率的提高。制备了最高效率为13.3%的CH3NH3PbI3钙钛矿电池, 为制备更大晶粒的钙钛矿薄膜与更高效率的钙钛矿太阳电池奠定了基础。

为了减小神经电极的宽度, 提高电极在光照下的抗噪声干扰能力, 提出了一种基于0.18μm CMOS工艺的抗光噪声神经微电极。采用CMOS的多层布线代替传统电极导线的单层排布, 并将电极衬底接地以有效减小光噪声。阐述了基于CMOS工艺的神经电极结构设计、制备过程与结构表征, 并对所制备的神经电极进行了电化学阻抗测试和光噪声测试。该神经电极宽度仅为70μm, 实验证明: 1kHz频率下电极的阻抗一致性好, 且在1mW/mm2的光遗传常用光辐照下, 该电极的噪声电压仅为0.07~0.08mV, 远低于传统硅电极12~13mV的噪声幅值。结果表明, 基于CMOS工艺的神经电极抗光噪声能力远优于传统硅电极, 对硅基微电极在光遗传中的应用具有重要意义。

利用高纯度、高均一性的半导体型单壁碳纳米管（sSWCNT）网络薄膜作为薄膜晶体管的沟道材料, 以高透明度、低薄膜电阻的银纳米线（Ag NW）网络薄膜作为源、漏电极, 在玻璃基底上制备了大面积、高透明度的碳纳米管薄膜晶体管阵列, 并使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜在器件表面通过干法封装获得了较低回滞的电子器件, 得到了整体透明度达到82%以上的器件。提出的器件制备方法不仅制备材料易得, 不需要高温过程, 而且能够实现器件的大面积制备, 对碳纳米管薄膜晶体管的全透明柔性化进程具有推进作用。

采用溶胶凝胶法与高温水热法相结合的复合方法制备了以泡沫镍为基底的不同膜层厚度的TiO2纳米薄膜光电极, 并用场发射扫描电子显微镜（SEM）与电化学工作站对样品进行了表面形貌表征与光电性能测试。结果表明, 膜层厚度为10层的TiO2纳米薄膜光电极的材料附着度最高, 且具有最强的光电响应。研究结果为进一步优化泡沫镍负载TiO2纳米薄膜光电极的制备提供了有益参考。

针对目前光电印制板（OEPCB）中光电器件与光波导对接的垂直耦合结构耦合效率较低的问题, 分析了传统嵌入式45°反射微镜的垂直耦合结构, 提出了一种新的垂直耦合结构, 经Matlab仿真验证其具有更高的垂直耦合效率。研究表明, 新结构对光电对准精度要求不高, 受传统PCB制作工艺的层压的高温高压影响更小、便于兼容传统PCB制作工艺。

印制电路板（PCB）厚度方向的导热系数比平面方向的导热系数小得多, 为了改善板厚度方向的导热性能, 提出了一种改进的自然对流冷却散热方式。首先, 通过在PCB板中设计热过孔并在其背面安装散热器, 应用热分析软件Icepak对散热模型进行仿真, 优化设计散热器翅片的厚度和数目对功率器件温度分布的影响; 然后, 根据优化后的结果, 选定最佳修正尺寸, 制作测试结构; 最后, 采用热电偶法对其进行实验测试, 结果表明此散热结构可有效降低器件的温度。

首先利用电化学阳极氧化方法在钛箔上合成整齐有序的TiO2纳米管阵列（TNA）; 然后采用电化学沉积的方法在纳米管表面均匀沉积高功函数的Pt纳米颗粒以构建Pt/TNA肖特基结, 通过SEM、EDS和XRD等表征方法研究了Pt/TNA肖特基结的表面形貌和结构; 最后通过测试不同光照强度下的电压电流(VI)和电流时间(It)曲线研究了Pt/TNA肖特基结的紫外光电性能。实验发现, 在1V偏压和光照强度为1.37mW/cm2的375nm紫外光照射下, Pt/TNA肖特基结的光电流可达3.71μA, 响应度为0.015A/W, 外量子效率为5.11%, 光响应因子高达1892.8, 表明紫外光电探测性能得到显著提高。

改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继, 可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理, 从调制度定义出发, 计算得到准单色光源的复相干度, 找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后, 由像点逆光路追迹给出MWP的厚度计算公式, 代入调制度约束参数得到不同参量的误差容限。通过FRED记录不同视场扩展情况的灰度与辐照度, 结果显示, 调制度为0.9时, 视场与理论估算值1.24°基本相符; 不同剪切量的灰度与辐照度变化特性表明, 结构角会使定域垂直系统光轴的入射角发生变化, 与晶轴倾角共同影响双折射率差; 2.5和8μm像元探测采样表现出调制度差异, 描述了定域深度或离焦的影响。以准单色光源、复相干度表示调制度, 可将不同影响因素统一至约束参数中, 相关变量误差容限可作为MWPFTS的设计依据。

卫星星内漫反射无线光通信系统利用漫反射光作为传输介质替代传统的有线电缆, 对卫星的减重、降能耗发挥了巨大作用, 并可简化卫星在组装、集成和测试（AIT）阶段的工作。分析和仿真了卫星星内空间漫反射光传输链路。通过使用红外LED发射光信号, PIN光电二极管接收光信号来完成光电信号之间的转换, 并结合CAN总线通信系统, 设计了一套卫星星内无线光通信系统。系统在星内空间模拟平台上进行测试, 实现了可视链路上1M波特率和非可视漫反射链路上500K波特率的稳定通信。

针对高压电力设备局部放电的监测需求, 结合放电光谱的紫外波段分布特征, 提出一种基于SiC基光电传感器的放电监测方法, 并进行了系统设计, 重点给出模拟电路模块、以FPGA为核心的数字电路模块和识别定位软件的设计思路和方法。通过实验测试, 验证了基于SiC基的放电探测系统能够实现对局部放电现象的准确探测和放电方位的识别。克服了以往监测设备体积大、易受干扰、成本高, 只能判断有无, 很难判断方位的问题, 为电力系统局部放电监测提供了新的技术手段。

为了解决高速视觉目标跟踪系统在进行目标跟踪过程中目标的尺度与清晰度的变化, 提出一种基于尺度不变性的自动调焦算法。该算法包括基于改进型二维OTSU分割的自动变焦算法和基于二维图像信息熵的对焦算法, 通过高速视觉目标跟踪系统获得目标区域, 计算目标像素面积和清晰度评价值, 转化为可调焦镜头变焦步数和对焦步数后通过FPGA发送调焦指令, 最终完成自动调焦动作。设计了自动调焦验证系统以验证算法的性能并得出满足追踪要求的最佳调焦参数。实验证明, 该算法在高速目标跟踪系统的跟踪过程中可以较好地完成自动调焦任务。

基于光电成像器件CCD的点目标定位技术被广泛运用于天文定位、侦察等民用及军用方面。传统点目标定位精度一般为亚像素级, 受CCD自身成像误差限制, 目标定位精度难以大幅提高。提出通过干涉条纹对CCD进行标定, 从而得到CCD频域像素响应函数的精确表达式, 由此重构高质量的目标入射光场图像, 进而提高光电成像系统对点目标定位的精度。首先建立了干涉条纹标定CCD及目标光场图像重构的理想模型, 并通过仿真验证了点目标图像重构效果以及最终点目标的定位精度。仿真结果表明, 经干涉条纹标定CCD后, 重构的目标光场图像质量得到大幅度的提升, 接近于CCD像面前入射光场图像, 通过高斯曲面拟合得到点目标形心坐标及其微位移的提取精度均达微像素级别, 相比于传统的亚像素定位, 定位精度得到了大幅度的提高。

无线光通信（Optical Wireless Communication, OWC）是一种新型短距离无线通信技术。为了保证移动用户在多个LED服务区域间的持续通信, 提出一种均衡通信速度和通信距离的越区切换算法。在该算法中, 移动用户将选择通信距离尽可能长的小区来保证较长的通信时间, 同时算法也将用户的移动方向考虑在内, 并研究了在多用户情况下, 通信网络的资源分配和调度策略, 以保证接入网络的用户数量增多时, 网络通信不受影响。仿真结果表明, 切换算法有效地降低了用户的切换频率和通信中断率, 并且提高了系统吞吐量; 多小区协作网络下采用首入首出（First Input First Output, FIFO）的全局分配策略, 提高了小区的平均利用率。

针对相位敏感光时域反射计(ΦOTDR)分布式光纤扰动传感系统中激光器的频率漂移严重影响系统定位准确度的问题, 提出了一种新的基于频谱分析的定位算法。该算法将采集的散射曲线数据进行傅里叶变换, 然后选择特征频率区间进行功率谱累加得出定位结果, 可以有效抑制激光器频漂引起的定位误差。最后搭建了长度为8km的样机进行定位算法的测试, 系统的信噪比得到了改善, 定位准确性提高, 验证了算法的有效性。

在全球卫星导航系统(GNSS)中, 传统N中取M检测算法由于检测次数固定不变, 使得捕获时间变长, 而信号强度较强时并不需要执行完所有的检测次数。提出一种改进的N中取M检测算法, 借用唐检测的思想即N次中只要有M次检测到信号就可以判定信号存在而跳出检测。仿真结果表明: 当信号强度较弱为-135dB时, N中取M的平均检测次数为8, 改进算法的平均检测次数为7.3694; 信号强度较强为-131dB时, N中取M平均检测次数为8, 改进算法的平均检测次数为5.2234。因此改进算法可以提高捕获速度尤其是在一些信号强度较强的环境下, 同时改进算法的检测概率与虚警概率跟N中取M算法一致。

传统的基于可见光通信（VLC）的室内定位算法, 精度相对较低, 误差较大。提出一种RSSI和粒子群混合VLC室内精确定位方法, 该方法通过RSSI算法进行未知节点的初定位, 并利用高斯分布函数剔除误差较大的定位数据, 减少了其对最终定位结果的影响。同时, 通过自适应权重粒子群算法搜索未知节点的最优解, 使得该算法前期较长时间具有最优全局搜索能力, 后期较长时间具有最优局部搜索能力, 能尽快找到未知节点的精确位置。仿真结果表明, 该定位方法比传统的RSSI算法和粒子群算法的定位误差小, 可以大大提高VLC室内定位的精度。

针对高光谱激光雷达回波信号能量弱导致的波形信息常常淹没在噪声中而难以提取的问题, 基于高光谱激光雷达原理验证样机系统采集到的高光谱激光雷达回波信号数据, 通过分析小波变换参数选取对信号处理的影响, 寻找到一种基于小波变换的高光谱激光雷达回波微弱信号的处理方法, 即在sym6小波3层分解下, 运用软阈值函数和启发式阈值处理可有效处理高光谱激光雷达回波微弱信号, 运用该方法在仅有少量回波样本信号数量情况下, 达到高斯拟合在数倍回波样本信号数量情况下的处理效果, 降低了提取出波形信息所需要的高光谱激光雷达回波信号探测时间。

红外实时人体目标检测因无需主动光源、易于去除环境干扰等优点成为近年来人工智能领域的一个研究热点。当前主流实时红外嵌入式图像采集处理方式因图像传输、接口速度、工程量等技术局限, 制约了红外人体目标检测的便捷实现和实时利用。针对传统嵌入式处理器难以同时采集和处理红外数据这一影响红外人体目标检测实时性的技术问题, 研究了基于ZYNQ异构多核处理器的实时检测技术。采用FPGA+多核ARM架构, 由FPGA端实现人体红外图像的VDMA采集、预处理及显示, 由多核ARM端完成HOGSVM算法处理, 并使用TBB进行加速。实验结果表明: 该技术能够完成人体目标的实时有效检测, 兼具功耗低、开发简单、实用性强和集成度高等优点。

提出了一种光强解调型极大倾角光纤光栅（Excessively Tilted Fiber Grating, ExTFG）的龙门架低频振动传感器。首先分析ExTFG振动传感的基本原理和传感特性, 实验分析ExTFG的偏振相关谐振峰的损耗强度与横向压力的关系; 然后通过弹性膜片将PZT的振动信号转换为对传感器的横向压力; 再通过光电探测模块把光信号转化为电信号; 并且对输出信号进行FFT变换分析。实验结果表明, 所设计的传感系统对正弦信号频率响应时间为0.045s, 检测范围为1~10Hz, 平均误差为0.085Hz, 最大误差率为1.4%, 幅度响应的线性度为96.46%, 传感性能良好, 其FFT变换主频分量占80%以上, 对低频振动信号的传感与检测具有一定的指导意义。