针对气体激光遥测光信号微弱、环境因素干扰强等特点，结合波长调制技术，设计和研究了用于TDLAS激光遥测的高灵敏度光电探测电路(Highly Sensitive Photoelectric Detection Circuit, HSPDC)。基于波长调制技术，确定了TDLAS信号噪声抑制方法；采用光电二极管理想模型，分析了光电探测电路的线性响应特性并确定了光电二极管的关键参数；基于级联放大原理设计、仿真并对HSPDC进行测试。结果表明：所设计HSPDC的光功率检测下限为0.11 nW，信号衰减仅为0.79 dB(f=10 kHz)，截止频率较现有10⁸ V/A跨阻放大电路高一个数量级，可用于高速调制微弱光信号的探测。搭建了气体激光遥测系统，当调制频率为3 kHz时，激光遥测系统获得了良好的检测性能，检测灵敏度达到88.66 mV/ppm，检测限优于0.565 ppm，线性拟合度R²为0.9996。研究表明，研制的HSPDC光电探测电路具有响应速度快、检测灵敏度高等优点，可集成化，能满足气体激光遥测应用需求。

通过选定低噪声电压基准芯片作为光电二极管的稳定偏压，采用低暗电流光电二极管，设计外围跨阻放大电路，利用低温漂系数元件，温控及电磁屏蔽等，研发低噪声光电探测器，并通过低频段强度噪声评估系统对其噪声进行测试评估。实验结果表明：所研发的低噪声探测器在空间引力波频段的电子学噪声谱密度在1.649×10^-5 V/Hz^1/2以下，在0.1 mHz处为1.649×10^-5 V/Hz^1/2，在1 mHz处为6.95×10^-6 V/Hz^1/2，在1 Hz处为7.07×10^-8 V/Hz^1/2；在8 mW激光入射光电二极管时，探测器抬高为40 dB。该探测器噪声性能均小于相应引力波探测中对激光强度噪声的要求，可为引力波探测中激光强度噪声抑制等方面提供关键器件支撑。

光谱测量技术在生物医药、**、安检、生产监控、地质勘测、物质分析、环境保护和减灾防灾等方面有着广泛的应用。但受制于现有探测器件和应用的技术条件，传统类型光谱仪在上述领域的应用灵活性和适用性的限制较多，光谱系统微型化和可集成化是确定发展的趋势之一。光谱成像系统有着向微型化、芯片化和智能化发展的迫切需求，且伴随相关计算光谱成像理论的成熟完善，计算型光谱仪有望在减少器件或系统重量与尺寸的同时，大幅提升光谱分辨能力。基于压缩感知理论的计算型光谱仪具有实时性好、适用范围广、结构调整灵活、成本低廉等诸多优势。文中参考压缩感知理论的基础框架，详细对比多种分光结构的设计方法，分析光谱域直接编码的压缩光谱测量技术，归纳总结具有压缩感知功能的智能芯片化光谱仪的发展趋势和技术问题。

偏振成像是一种新的光电探测体制，它可以获得比传统成像多一维的场景信息，在工业检测、生物医学、地球遥感、现代**、航空以及海洋等领域具有重要的应用价值。论文对偏振成像的典型应用、发展历程和发展现状进行了分析和总结，总结了偏振成像的实现方法，当前学术界在场景的偏振特性、偏振的传输特性、偏振成像探测器、分焦平面偏振图像非均匀性校正、分焦平面偏振图像超分辨率重建以及偏振图像融合等领域的最新研究成果。在此基础上，对偏振成像的未来发展方向进行了展望，包括高消光比焦平面偏振探测器、分焦平面多光谱偏振探测器、高精度非均匀性校正方法、偏振图超分辨率重建方法以及强度图和偏振度/偏振角图融合方法等。

针对尿液自动化、快速检测的需求，结合微流控技术与生化分析技术，设计并制备了一种基于离心力驱动的碟式微流控尿液生化检测芯片。该芯片采用微流道与毛细阀、虹吸阀和铁蜡阀结合可实现微量样品和试剂有序输送、混合及检测等集成功能，通过COMSOL多物理场仿真软件对芯片上毛细阀和虹吸阀结构进行仿真分析，优化转速。围绕微流控芯片，研制了一套小型化、全自动尿液生化检测系统。通过双光路设计和双波长检测方法降低光源波动和背景干扰对检测结果的影响，并在该系统上进行尿视黄醇结合蛋白重复性和校准分析。结果显示，该系统的精密度变异系数为1.3%~2.46%，说明系统具有较好的重复性。校准曲线表明浓度和吸光度值有良好的线性相关性（R²=0.995）。芯片上4个相同单元结构可完成多样本或多指标的并行检测，有望应用于尿液蛋白的快速检测。