摘要:提出一种低厚度氮化硅-蓝宝石-氮化硅夹层波导结构。利用其色散波辐射现象和中红外相位匹配条件，结合波导脉冲传输模型，讨论了夹层波导不同物理尺寸对相位匹配点和光谱展宽的影响，数值模拟获得了0.5~4 μm的超连续谱展宽，并且在-40 dB水平下具有更远中红外色散波产生。通过该模型，详细解释了非线性波导脉冲传输的潜在机制。理论模型分析表明，通过优化氮化硅及蓝宝石夹层的物理尺寸，进而改变相位匹配条件，可以在较宽的波长范围内控制色散波的位置。

摘要:本工作利用截面扫描隧道显微镜（XSTM）研究了分子束外延生长的Hg_0.72Cd_0.28Te薄膜。扫描隧道谱（STS）测量表明， 此碲镉汞材料的电流-电压（I/V）隧道谱呈现的零电流平台宽度（隧道谱表观带隙）比其实际材料带隙增大约130%，说明存在明显的针尖诱导能带弯曲（TIBB）效应。扫描隧道谱三维TIBB模型计算发现低成像偏压测量时获取的I/V隧道谱数据与理论计算结果有令人满意的一致性。然而较大成像偏压时所计算的I/V谱与实验谱线在较大正偏压区域存在一定偏离。这是目前的TIBB模型未考虑带带隧穿、缺陷辅助隧穿等碲镉汞本身的输运机制对隧道电流的影响造成的。

摘要:研究了液相外延生长条件对碲镉汞薄膜材料组分梯度的影响，建立了指导液相外延生长的理论模型。通过改变水平推舟液相外延工艺的汞损失速率，生长出具有正组分梯度的碲镉汞薄膜材料。针对这种特定条件下生长的碲镉汞外延薄膜，通过腐蚀减薄光谱测试与二次离子质谱测试证实了材料具有正组分梯度结构。与传统方法生长的具有负组分梯度的碲镉汞薄膜相比，这种薄膜材料具有相近的表面形貌与红外透射光谱曲线，且具有较高的晶体质量，其X射线衍射双晶摇摆曲线半峰宽达到28.8 arcsec。

摘要:基于光栅效应的二维材料垂直结构可实现高灵敏度和宽光谱光探测器。本文报告了一种基于硒化铟（InSe）/二碲化钼（MoTe₂）垂直异质结构的高灵敏度光电探测器，该探测器在 365~965 nm 波长范围内具有出色的宽光谱探测能力。顶层的InSe用作调节沟道电流的光栅层，MoTe₂ 则用作传输层。通过结合两种材料的优势，该光电探测器的响应时间为 21.6 ms，比探测率在365 nm光照下可以达到1.05×10¹³ Jones，在965 nm光照下也可达到10⁹ Jones数量级。外量子效率可达 1.03×10⁵ %，显示出强大的光电转换能力。

摘要:为提高远红外超材料的品质因子Q和检测灵敏度，本文研究了一种用于金属远红外超材料的非对称针尖设计。以传统双开口方形谐振环为模型，通过理论模拟，研究了开口狭缝针尖角度变化对其电场分布、谐振频谱以及品质因子Q的影响。结果表明，非对称针尖增强了谐振环的表面电场局域性，减小了谐振峰的半峰全宽，并使品质因子Q提高到传统谐振环（非针尖设计）的三倍以上。该研究结果为开发高灵敏远红外超材料传感器提供了新的思路，并为传统开口谐振环提出了一种简单实用的Q因子优化方法。

摘要:本文设计并制作了f_T > 400 GHz的In_0.53Ga_0.47As/In_0.52Al_0.48As 铟磷高电子迁移率晶体管（InP HEMT）。采用窄栅槽技术优化了寄生电阻。器件栅长为54.4 nm，栅宽为2 × 50 μm。最大漏极电流I_DS.max为957 mA/mm，最大跨导g_m.max为1 265 mS/mm。即使在相对较小的V_DS = 0.7 V下，电流增益截止频率f_T达到了441 GHz，最大振荡频率f_max达到了299 GHz。该器件可应用于太赫兹单片集成放大器和其他电路中。

摘要:零差混频系统（Homodyne mixing system）对太赫兹超导动态电感探测器（Kinetic inductance detectors， KIDs）性能表征具有重要的作用。然而，零差混频系统仍存在混频器不平衡性、测量系统集成、干扰信号等问题。作者设计新型的单通道零差混频硬件系统，结合软件算法实现了测量系统的集成化、IQ混频器不平衡性校准、KID的性能表征；同时实现了在VNA（vector network analyzer）CW模式下的KIDs噪声测量；以及基于自相关算法的双通道零差混频硬件电路设计，有效地抑制了干扰信号。值得注意的是，这些研究成果被应用于表征KIDs 性能，对KIDs阵列设计起到了重要的作用。

摘要:目前对中药片剂的孔隙测量，一般采用的是具有破坏性的密度测量方法，缺乏无损量化方法。太赫兹辐射能用于无损的提取药物若干光学信息。针对直压型中药片剂，通过太赫兹时域和频域信号处理等不同方法分别计算各种片剂的有效折射率，发现两种方法得到的有效折射率和片剂的孔隙率均呈良好的线性关系。根据有效折射率特性，利用四种有效介质模型提取了中药片剂的孔隙率并进行量化回归，通过交叉验证与相对分析误差（RPD）发现通过时域信号处理的有效折射率得到的孔隙率回归模型解释性与验证准确性更高，其中最佳模型是Bruggeman模型（RPD=11.3325）。为中药多孔粉体制剂工艺优化提供支持。

摘要:构建和描述了一种用于获取硅片厚度的零差检测系统。利用4.3-THz激光束的传输相变与机械旋转台控制的入射角之间的关系，可以使用标准残差法精确推导被测样品的厚度值。结果表明，样品的厚度拟合值与光学显微镜的精确测量结果仅相差2.5~3 μm，实现了微米级精度的太赫兹无损厚度测量。实验验证了太赫兹量子级联激光器在非接触无损测量中的有效性。

摘要:针对体积小、走线密集、集成度高的封装芯片缺陷检测，目前的主要检测手段存在精度低、周期长等缺点。为弥补传统检测方法的不足，作者结合太赫兹技术与时域反射技术，探究对芯片上金属导线缺陷检测的可行性。首先在不同宽度的金属微带线上加工了不同比例的凸起、凹槽缺陷，模拟集成芯片中金属导线的不完全开/短路等阻抗不匹配情况，利用太赫兹时域反射计采集其时域反射信号。然后根据时域反射脉冲对应的时间分别对不同缺陷程度、不同缺陷类型进行定性分析，并精确计算出了芯片上金属微带线的缺陷位置。最后利用有限元分析法对硅基底上存在缺陷的金属微带线进行仿真分析，与实验结果具有良好的一致性。该研究表明，太赫兹技术与时域反射技术结合能够实现对芯片上金属导线缺陷的诊断检测，为集成芯片的缺陷检测提供了经验参考。

摘要:超表面概念的提出为研究平面化和超薄的光学元器件提供了一种全新的设计思路。传统的几何相位型的超表面透镜受制于偏振锁定的限制，阻碍了其实现多功能的复用。文章提出了一种通过几何相位实现超表面透镜偏振解耦的方法。进一步，利用该方法作者实现了超表面聚焦透镜在纵向以及纵向和横向实现多通道功能（如聚焦光斑和聚焦涡旋）的复用和偏振可切换特性。相关研究为实现多功能可集成的平面化器件提供了新的研究思路。

摘要:作为可见光-近红外和热红外的连接谱段，中红外（MIR）兼具短波辐射的反射特性和长波辐射的发射特性，对于温度探测、目标识别等应用场景有十分重要的意义。目前，MIR谱段辐射传输（RT）计算仍然面临背景参数输入多且不易获取的问题。基于此，提出了一种应用于卫星MIR遥感的RT简化计算方案。使用MODTRAN模型（MM），对MIR白天RT过程中所涉及的背景地表和大气参数定量模拟分析，得到影响RT的关键参数，据此形成一套基于MM的参数简化方案（SS）。在MODIS 6个MIR通道的中心波长处，对SS和MM计算的总辐亮度做对比验证，RMSE均小于0.004399，具有较高精度。SS仅依赖于表面温度、表面发射率、大气廓线类型、水汽和云光学厚度，不需要输入气溶胶、CO₂和O₃数据。相比MM，SS将输入参数从8类降低到5类，计算的时间效率提升了9.02%。在有限的计算资源下，本文所提的SS能够为MIR图像快速处理、大场景遥感仿真等应用领域提供支撑。

摘要:星载单光子激光雷达以超高灵敏度和超高重频的优势，在海洋探测领域展现了广泛的应用前景。雷达系统中的单光子探测器件具有极高的灵敏度，可以探测光子量级的回波信号，同时也极易受太阳背景光噪声影响。由于背景噪声直接影响激光雷达的工作性能，还会对星上原始的数据量产生影响，在卫星系统设计阶段，对噪声强度的准确估计至关重要。本文综合考虑大气后向散射、水面反射及水体后向散射的贡献，建立了一个星载单光子激光雷达海洋噪声的估计模型。以全球首个对地观测星载激光雷达ATLAS为例，在输入系统参数和环境参数后，模型估计的噪声与ATLAS实测噪声误差在15%以内，证实了该噪声模型的正确性。

摘要:星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术，为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星（CALIPSO）数据，对全球海表面叶绿素a（Chla）浓度进行了反演，并构建了基于激光数据的前向神经网络模型（FNN-LID），重构了北冰洋海水二氧化碳分压（pCO₂）昼/夜长时序数据集。在此基础上，对基于主动遥感的极地海水Chla浓度和海水pCO₂数据进行了验证与分析。结果显示，基于该算法的反演产品，具有较高的数据质量，不论是和其他被动遥感的产品还是独立浮标观测数据集都有较好的一致性，且能够有效“填充”极地冬季的数据空白。在北冰洋海区，受陆源强烈影响的边缘海都表现为较高的海表Chla浓度。北冰洋海水pCO₂的空间格局表现出经向的差异，且pCO₂的季节变化十分剧烈，甚至超过80 μatm。近20年来，北冰洋稳定地表现为大气二氧化碳的汇，而在东西伯利亚海和喀拉海等海冰显著衰退的地区，海面pCO₂的增长率非常显著。

摘要:可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪III 型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理，采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层，实现了45°入射时0.4~1.05 μm光谱高效透射，1.35~13 μm波段光谱高效反射，从而将入射光束分配到不同的光路。同时通过消偏振控制设计，获得了可见近红外波段低偏振灵敏度（LPS）。所研制的分色片可见近红外波段平均透射率大于85%，LPS小于4%；短波及长波红外波段平均反射率大于90%。

摘要:本文基于光学手段，开发出了一套能够兼顾可见光与近红外二区（NIR-II）窗口的双通道宏观成像系统，能够实时输出具有NIR-II荧光信息的高质量明场图像，解决了常规的NIR-II宏观成像系统提供的荧光图像与明场图像割裂较大的问题。实验中利用不同厚度的脂肪组织测试了吲哚菁绿的NIR-II窗口荧光信号分别在1 100~1 700 nm长通滤光片与1 300~1 700 nm长通滤光片下的抗散射能力与成像表现。接着利用所搭建的双通道宏观成像系统分别在小鼠以及大鼠模型上实现了淋巴结成像并模拟进行了淋巴结的切除手术，模拟了对腹腔淋巴结清扫的过程。最后，在大鼠模型上添加了不同厚度的生物脂肪组织，模拟实际手术中脂肪组织覆盖在淋巴结上的情况，观察双通道系统的穿透能力。可见近红外二区双通道荧光成像系统通过给操作者提供直观的影像信息，缩减手术时间、提高患者的预后，在临床手术导航中具有较大的应用潜力。

摘要:图像脉冲噪声移除是获得高质量图像的关键。本文通过热红外相机成像原理研究，提出了一种基于像素梯度自适应迭代中值滤波器的图像脉冲噪声抑制算法。首先，根据相机的调制传递函数计算获取原始图像的最大像素梯度，继而建立相应的像素梯度集合。然后，计算原始图像与对应像素梯度滤波图像的梯度权重均方根误差集合，并将该集合高斯分布的最大值对应的像素梯度确定为最佳像素梯度。最后，根据图像中脉冲噪声的密度和复杂度，确定所提滤波器的自适应窗口大小和迭代次数。大量实验结果表明，所提滤波器对移除8位、16位的单通道脉冲噪声图像展现出良好的鲁棒性。与其他先进方法相比，该方法可以实时移除真实热红外相机采集图像中低密度的随机值脉冲噪声和SAPN，并实现噪声抑制过程中99.5%以上的原始像素不会遭受破坏。除此之外，针对高密度SAPN抑制，该方法获得了具有竞争力的结果，与运行时间较快的滤波方法相比表现出较好的PSNR和SSIM，与PSNR和SSIM较优秀的去噪方法相比表现出较快的运行时间。对于极限SAPN（99%）破坏的图像，也能够恢复有意义的图像细节。