摘要:红外光场压缩为调控光学模式的色散特性与空间分布提供了一种有效途径。在自由空间或均匀介质中，红外传播模式通常受到衍射极限的限制，难以实现深亚波长尺度的场压缩。光场压缩通常需要通过对色散关系的调控以及结构几何参数的设计来实现。近年来，低维材料的发展以及微纳加工技术的进步，显著拓展了模式体积调控的物理实现路径。本文基于轴向对称性的角度，将红外光场压缩归纳为两种基本类型：面外压缩与面内压缩。面外压缩主要通过界面色散关系与边界条件的调控，在法向方向形成轴向压缩态，其典型实现机制包括表面等离激元（SPPs）、声子极化激元（SPhPs）以及波导模式等。面内压缩则通过无序诱导干涉、缺陷态或几何压缩等机制抑制模式的横向传播，从而实现光场在平面内的空间局域。本文系统比较了不同机制的物理起源及其对应的特征空间尺度，并综述了相关结构在红外光电探测、表面增强红外吸收以及发光调控等方面的研究进展。进一步讨论了面内与面外混合压缩在增强光场压缩和调控模式分布方面的潜力，并对未来研究方向进行了展望。

摘要:热释电探测器是一种典型的非制冷红外探测器，具有高灵敏度、快速响应速度、低功耗和宽光谱响应等优点，因此被广泛应用于火焰和火灾报警、运动目标传感、气体探测、温度测量甚至太赫兹探测等领域。除了常规应用外，热释电探测器在几个专业场景中提供了不可替代的优势，包括激光参数测量、高精度光谱仪、红外探测器的光谱响应校准，以及红外地球传感器和地球辐射收支测量等空间科学应用。然而，在引人注目的红外成像领域，热释电探测器确实在与测辐射热计的竞争中处于劣势，后者是另一种重要的非制冷红外探测器。该综述总结了传统热释电探测器在成像应用中面临的固有技术挑战，包括与读出电路集成的困难、对斩波器的要求以及像素尺寸小型化的局限性。本文提出了两种技术解决方案以应对传统热释电探测器在红外成像中的难题：热复位模式和主动检测模式。通过技术发展和迭代，热释电焦平面阵列器件有望实现更高的灵敏度和更低的成本，在红外成像技术的应用领域占据一席之地。

摘要:半导体激光混沌已成为非线性动力学与现代光子学交叉研究的前沿领域。凭借其强非线性特性及全固态优势，半导体激光器为混沌的产生与调控提供了理想平台。本文综述了半导体激光器中混沌产生的基本物理机制，包括外部扰动与内部非线性相互作用，并重点介绍了混沌在安全光通信、高速随机数生成以及高精度测距等方面的应用前景。最后，本文讨论了当前的研究挑战与未来发展方向，凸显了半导体激光器混沌在下一代光子技术中的重要潜力。

摘要:全斯托克斯偏振检测在环境监测、遥感、生物医学检测及光通信等领域具有重要作用。传统全斯托克斯检测系统依赖离散光学元件的组装，其结构笨重、复杂且难以集成。随着光子技术的发展，对紧凑型、高性能、集成式全斯托克斯偏振探测器的需求日益增长。本综述聚焦于集成式全斯托克斯探测器的三大前沿研究方向：基于材料平台的探测器、超表面架构探测器以及原位集成光学结构探测器。本文系统总结各领域最新进展，并探讨了集成式全斯托克斯偏振探测器发展过程中所面临的机遇与挑战。

摘要:量子阱红外探测器（QWIPs）广泛应用于长波红外探测领域，但仍受限于较低的量子效率。虽然金属微腔能够增强局部耦合，但实现与量子阱层高度完全匹配的场强分布仍面临挑战，且此类方法通常难以兼容厚有源区结构。为了克服这些限制并提高器件响应，开发了一种全介质超表面耦合量子阱红外探测器（MS-QWIP）。该超表面采用干法刻蚀将80周期GaAs/AlGaAs多量子阱材料制备成方形微柱阵列。利用导模共振效应，该结构激发了强烈的纵向电场分量，从而有效地满足了子带间跃迁选择定则，增强了有源区内的吸收。在50 K温度和5 V偏压下的实验结果表明，MS-QWIP的峰值响应率达到545 mA/W，较传统的45°斜面耦合器件提升了两倍。此外，黑体响应率也提高了约1.6倍。值得注意的是，该结构还减小了光敏元的有效电学面积，从而抑制了暗电流。这项工作证明了全介质超表面能够显著提高QWIP的灵敏度和信噪比。

摘要:半导体可饱和吸收镜（SESAM）是超快光纤激光器实现锁模的核心器件，其锁模特性主要受恢复时间与非线性吸收参数的影响。目前，针对SESAM锁模特性的优化研究，主要集中在量子阱吸收层的结构和材料等参数上，而对其外延生长中衬底偏角这一关键制备参数的定向影响尚缺乏系统研究。本研究首次系统研究了衬底偏角（［110］方向偏转0°、2°与6°）对外延生长的InGaAs/GaAsP SESAM结构性能及其锁模特性的影响，揭示了不同衬底偏角对SESAM性能的调控规律。通过高分辨率X射线衍射（HRXRD）、原子力显微镜（AFM）、光致发光谱（PL）及分光光度计等表征手段综合分析发现，增大衬底偏角会引入晶格缺陷，从而显著缩短SESAM的恢复时间；然而，偏角增大也导致表面粗糙度及非饱和损耗增加，进而削弱其非线性吸收性能。在掺镱光纤激光器锁模实验中，采用2°偏角衬底的SESAM成功实现了稳定锁模，输出了中心波长为1 064 nm、脉冲宽度为8.2 ps的脉冲激光；而6°偏角样品因材料质量下降导致锁模性能恶化。该研究填补了衬底偏角影响SESAM锁模特性研究的空白，为高性能超快激光器设计提供了新的优化维度与理论依据。

摘要:作为中波红外（3~5 μm）与长波红外（8~12 μm）波段的重要候选材料，GaSb与InAs半导体展现出显著的光电特性优势。然而，其固有的低吸收特性使得传统透射光谱技术因多重透射效应干扰，难以实现吸收系数的精确表征。本研究创新性地利用傅里叶变换红外光谱技术，构建反射-透射联合分析模型，成功提高了低吸收区（α < 10 cm?1）的测量准确度。通过系统研究掺杂浓度为2.46×101? cm?3（InAs）和8.76×101? cm?3（GaSb）的样品，发现8~18 μm波段自由载流子吸收行为呈现显著散射机制依赖性：声学声子散射与电离杂质散射共同主导该波段的吸收过程。定量分析表明，GaSb的散射参数较InAs存在数量级差异，其电离杂质散射系数提升10倍，声学声子散射系数更呈现450倍的剧烈增强。该反射-透射联合分析方法的提出，为解决低吸收材料光学参数表征难题提供了新的技术方案。

摘要:月表矿物的空间分布格局记录了岩浆活动、物质分异及后期撞击改造等关键地质过程，是认识月球演化历史的重要遥感信息基础。本文基于 SELENE（Kaguya）多波段成像仪（Multiband Imager，MI）可见—近红外（415~950 nm）矿物丰度反演产品，结合数字高程模型（DEM）提取的地形参数，构建统一空间尺度的定量分析框架，以研究月海单元内主要矿物相的空间分布及其与形貌特征的关系。选取冯·卡门撞击坑和危海盆地等具有代表性的月球大型撞击构造与月海盆地为研究区，定量刻画近红外敏感矿物丰度与形貌特征在不同地质单元中的空间关联特征。矿物丰度与地形参数在区域尺度上呈现显著的空间集聚特征，且在不同地质背景与构造单元中表现出明显的空间非平稳性，反映了岩浆活动、后续撞击改造及其与古地形协同响应等多过程长期作用的结果，为基于遥感数据的月球表面地质解译与演化历史分析提供了定量依据。

摘要:传统地表温度反演技术高度依赖大气水汽等同步气象参数，且既有机器学习模型在空间数据分析时泛化性能有限。为此，本研究提出一种新的Landsat9地表温度反演方法，该方法基于SE-ResUNet深度学习架构，融合MODTRAN5辐射传输模型和ERA5再分析资料生成一套涵盖多种地表类型的高精度物理模拟数据集，作为训练标签。模型采用U-Net基础架构，其中编码器部分运用改进的ResNet50主干网络来提取多尺度空间特征信息，并且在残差模块中引入通道注意力机制，把劈窗差值等物理先验作为显式输入特征以增强模型对热红外信号的响应能力。通过跳跃连接融合深层语义特征和浅层空间细节，最终实现像素级的精准温度反演。实验表明，SE-ResUNet有效规避了传统方法由于空间自相关特性导致的精度虚高问题，在模拟传感器噪声环境以及复杂地形场景下表现出良好的鲁棒性。在验证数据集中，该模型取得了RMSE为0.7 K和MAE为0.5 K的反演精度，表明该模型在推理阶段无需依赖实时大气参数，即可达成高精度端到端的陆地表面温度反演效果。

摘要:本研究提出一种具有多周期渐变栅槽结构（MCGGR）的新型高线性度AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）。该MCGGR-HEMT通过优化电子束光刻（EBL）光刻胶回流工艺，沿栅宽方向制备出多周期渐变势垒层而实现。制备的MCGGR-HEMT因其在栅宽方向周期性多阈值器件并联而成功实现跨导补偿，展现出3.5 V栅极电压摆幅，相较于常规器件的1.7 V栅极电压摆幅扩展了1.8 V。因其对2DEG沟道的连续渐变调制作用，使其高阶峰值跨导（G_m′和G_m"）相较于常规器件分别降低37%和35%。MCGGR-HEMT在保证f_T峰值的前提下，在更大的栅压范围内拥有更加平坦的f_T曲线。在10 GHz的单音测量中（漏极偏压为30 V），功率密度为5 W/mm，PAE为49%。同频点双音连续波功率测量中（双音频率间隔为10 MHz，漏极偏压为30 V），该器件实现了38 dBm的第三阶交调输出截点（OIP3）、63.1 W/mm的OIP3/width、10 dB的线性度优值（OIP3/P_DC）以及-57.7 dBc的第三阶互调失真（IMD3）。相较于常规器件，其性能分别提升5.2 dB、44 W/mm、4.8 dB和13.7 dB。该创新方案与常规AlGaN/GaN HEMT制备工艺高度兼容，提供了一条简化且经济高效的技术路径，为提升器件线性度开辟了新途径。

摘要:太赫兹光谱仪在太赫兹天文学中起着至关重要的作用。共面波导（CPW）是太赫兹光谱仪中的关键部件，相对介电常数是介电材料最重要的参数之一，它决定了器件的谐振频率和品质因数。由于CPW的结构复杂，很难获得精确的电磁场解，因此，保角映射技术（CMT）被广泛用于获得有效介电常数的近似解析表达式中。然而，当涉及薄膜电介质时，情况会有所不同。本文利用高频结构模拟器（HFSS）获得了基于谐振器结构的CPW的有效介电常数，并将其与保角变换所得进行了比较，提供通过模拟仿真来表征薄膜电介质的可能性。

摘要:动态场景下的实时光谱成像在工业安全监测、大气遥感和航空动目标识别等领域具有重要应用价值。传统光谱成像方法受限于时序采样机制与光通量瓶颈，难以兼顾高时间分辨率与高探测灵敏度。计算光谱成像通过编码探测与计算重建相结合，为突破这一瓶颈提供了新思路，然而现有研究主要集中于可见近红外波段，在长波红外（LWIR）波段，计算光谱成像仍面临编码器件制备难、响应矩阵标定不准确及训练样本不足等挑战。本文从编码器件研制、系统标定和数据集构建三方面入手，提出一种基于宽带随机编码阵列的LWIR计算视频光谱成像方法，由9个宽带随机编码测量通道重建32 波段光谱数据立方体，重建后光谱分辨率达200 nm；相较于等通道数窄带滤光片方案，灵敏度提升5~10倍，并可在30 Hz帧率下连续输出全通道光谱数据。在典型气体泄漏场景中，系统结合气体特征吸收光谱库实现了16种气体的识别，平均识别准确率为98.97%，验证了其在真实动态场景下的气体光谱测量与识别应用潜力。

摘要:文章研究了GaAsSb/InAlAs分离吸收-电荷-倍增（SACM）结构APD的光电特性。该异质结具有较小的导带偏移（=0.089 eV），载流子更易注入倍增区。文中设计了3种不同电荷层掺杂浓度（、、）的SACM APD。实验结果表明，当电荷层掺杂浓度为时，器件性能最优，在室温下其截止波长为1.7 ，穿通电压为-10.8 V，在-34.6 V偏压下增益为20.3，对应暗电流密度为0.058 A/cm²，与GaAsSb PIN APD器件相比，增益提升了6.8倍，暗电流得到有效降低。通过调控SACM APD电荷层掺杂浓度，抑制了器件暗电流、提升了增益，为实现高灵敏短波红外APD提供了新途径。

摘要:本文提出了一种引入物理一致性约束的深度学习网络模型，用于太赫兹超表面生物传感器的建模与设计。该模型将共振频率、半高全宽和品质因子等关键共振物理参数作为网络的显式输出，并在训练过程中施加物理一致性约束，以保证模型预测结果符合共振形成的基本物理规律。数值结果表明，该模型在训练收敛性及关键物理参数预测方面具有良好的稳定性与可靠性。基于该模型完成了太赫兹超表面生物传感器的结构设计与实验验证，实验测得的光谱响应与理论预测结果一致，并实现了对同型半胱氨酸分子的痕量检测。结果表明，该方法可为太赫兹超表面生物传感器的高可靠性与可解释性设计提供有效的建模手段。

摘要:本文设计了一种极化无关的“田”形的动态单元，该单元结构由二氧化钒（VO₂）薄膜和金图案复合而成。利用VO₂的相变特性，所设计的单元结构可对入射的太赫兹波振幅进行有效地调控。进一步地，基于这种动态的“田”形超表面单元结构，设计了另一种静态的“田”形超表面单元结构（不含VO₂），用于加密全息成像。仿真结果表明：在绝缘态时，动静态单元结构对入射的太赫兹波能产生相同的振幅调制，实现了信息加密功能。当VO₂在加热后转变为金属态，动态单元改变原有的振幅状态，从而实现极化无关的全息成像。与以往基于VO?的动态超表面研究多集中于偏振相关或单一图像切换不同，本工作首次将VO?的动态调控能力与“田”形极化无关结构相结合，实现了加密与全息成像的可逆、极化无关切换，并具备宽带工作特性。该方案在动态光学加密、信息存储与防伪等领域具有广阔的应用前景。

摘要:本文成功利用介质超构表面调控太赫兹（Terahertz， THz）波，通过不同光波长泵浦，超构表面以模式选择或非选择的方式对太赫兹波进行调制。改变激发的光子能量时，可以观察到不一样的透射率弛豫过程，反映了硅的能带特性。研究发现另一个可以实现光操控的外部调控手段是通过变化泵浦光延迟位移台的光程，主动控制超构表面的功能，实现太赫兹偏振态的连续调节，并提供了相关的物理解释。研究表明，泵浦光激发能够成为动态调控太赫兹波的有效外部手段，有利于多样化的超构表面器件研发。

摘要:高光谱激光雷达是一种新兴的主动传感技术，可同时获取光谱和空间信息，用于定量遥感应用。然而，现有大多数HSL系统采用逐点采集方式，这限制了类图像高光谱数据和高密度三维点云的获取。本文提出了一种基于芯片级单光子雪崩二极管阵列（768 × 576）和超连续光源的高光谱成像激光雷达系统（SPAD-HSL）。该系统设计了可调焦发射结构以实现宽带照明，并构建了基于SPAD阵列的接收系统，通过光学滤波器实现波长选择性探测。基于所提SPAD-HSL系统，对共计 12 片叶片样本（包括 5 种不同植物及多种生理状态）在不同探测距离和角度下进行了高光谱测量。随后，将获得的光谱数据与光谱仪测量结果进行了对比。结果表明，该系统能够主动获取高光谱图像，并实现较高的光谱一致性。

摘要:高光谱遥感成像过程中，由于受到探测器噪声、光学系统噪声、环境噪声以及统计噪声等各类噪声的影响，图像质量往往会出现退化，进而影响后续应用中的信息提取精度及可信度。特别是红外谱段，由于探测器材料本身热振动等因素，受热噪声影响显著。针对这一问题，本文提出了一种基于尺度自适应光谱字典学习的高光谱去噪方法。首先，将尺度约束引入字典学习过程中，以自适应待降噪图像获取不同尺度光谱字典。其次，将图像空间域信息作为编码先验知识，应用全变分—变量分解和增广拉格朗日稀疏回归方法对图像进行稀疏编码求解。最后，利用光谱字典与稀疏编码进行重构获得去噪后的高光谱图像。实验结果表明，对比现有高光谱去噪算法，所提出的算法在模拟数据集及真实数据集上均能取得更好效果。