利用半导体性单壁碳纳米管（SWCNT）的高吸收系数、优异的光电特性和高载流子迁移率等特点，本文构筑了基于半导体SWCNT（sc-SWCNT）/富勒烯（C₆₀）异质结的透明全碳宽光谱的场效应晶体管光电探测器。该器件的大部分结构均由碳基材料组成，全碳异质结作为导电沟道材料，金属性SWCNT作为源漏电极，氧化石墨烯（GO）作为介质层，在可见光波段的透光率均高于80%。电学测试结果表明：该光电探测器表现出了较强的栅控能力，实现了从405~1064 nm的可见光-近红外宽光谱响应，在5 mW/cm²的940 nm激光照射下，该器件光电响应率可以达到18.55 A/W，比探测率达到5.35×10¹¹ Jones，同时，表现出了优异的循环稳定性。

相比于使用DFB边发射激光器，采用VCSEL激光器作为检测光源的TDLAS激光气体检测系统，具有功耗低的优点。针对低功率下的TDLAS气体检测信号特点，结合VCSEL激光光源调制特性，自主开发了VCSEL激光器驱动模块、信号采集及处理模块，采用波长调制光谱(WMS)技术研制出了一套低功率甲烷(CH₄)气体检测系统。选择了1653.7 nm附近CH₄分子的吸收峰作为吸收谱线，采用锁相放大器提取二次谐波(2f)信号。实验研究了不同浓度的CH₄检测的响应情况，记录2f信号的峰峰值并进行线性拟合，线性度为0.999 8。该检测系统在50 ~ 500 ppmv范围内，检测精度优于10%，检测下限为10 ppmv。对250 ppmv的CH₄持续检测10 h，数值波动小于±2.4%。引入Allan偏差分析，初始积分时间为1 s时，Allan偏差为9.9 ppmv；积分时间达到359 s时，Allan偏差为0.06 ppmv，表征了系统良好的稳定度。