随着航天遥感领域对分辨率、高速传输、低功耗方面需求的提高，基于电荷累加的TDICMOS 探测器应运而生。该探测器无论在工艺上还是探测器结构上均与TDICCD 和传统数字累加的CMOS 器件有着本质的不同。因此，许多关于探测器性能参数的测试方法无法适用于电荷累加的TDICMOS。本文基于电荷累加TDICMOS 的自身特性，先后提出了关于电荷-DN 转换因子、满阱电荷、电荷转移效率、读出噪声等参数的新测试方法，同时搭建TDICMOS 测试系统进行实验验证。实验证明了上述测试方法的正确性和工程可实现性，为今后TDICMOS 工程应用提供了重要依据。

CCD的读出噪声等性能影响卫星X射线探测载荷的数据质量。空间应用的X射线CCD结构不同于普通CCD,其结构影响它的性能。 以国外卫星广泛应用的E2V航天级CCD为例,分析了其X射线敏感CCD的内部结构,介绍了使用FPGA和驱动芯片满足时序和电平要求的驱动电路的方法,设计了一种可 实现滤波功能、同时增益连续可调的CCD信号处理电路实现对CCD信号的放大和滤波,给出了利用Fe55放射源配合驱动电路测试X射线CCD增益和读出噪声的方法, 最终测得CCD和配套电路的增益为5.1 e-/DN,读出噪声为37 e-。

设计了一种热电制冷电子耦合元件(CCD)探测器, 并对其特性进行了分析。介绍了该CCD探测器的真空制冷结构、电路、应用软件, 并对各个部分的设计思路、功能、效果进行了详细论述。对该探测器的暗电流噪声和读出噪声进行了测试, 结果表明：在温度为-30 ℃、读出频率为250 kHz的条件下, 该探测器的读出噪声为56 e-, 其暗电流噪声为0.232 e-·(pixel·s)-1; 使用该热电制冷CCD探测器测试空气的自发拉曼散射信号, 在温度为-30 ℃、曝光时间为10 s的条件下, O2、N2和H2O的自发拉曼散射峰的相对高度分别为3303,7768,843 ADU, 其中N2峰的信背比和信噪比分别为14.8和24.9。所设计的CCD探测器具有探测微弱自发拉曼散射信号的能力。

精确地测量增益及读出噪声对微型光谱仪性能评价及光谱数据处理十分重要。基于微型光谱仪的噪声原理, 推导出输出信号与噪声的函数关系, 从而提出了一种测量微型光谱仪增益及读出噪声的方法, 并以此搭建了测量系统。对自主研制的微型光谱仪进行了测量, 得到其增益为2.02 e－/ADU, 读出噪声为68.92 e－。与光子转移曲线法和暗光谱法测得的实验数据进行对比, 进一步验证了该方法的可行性和有效性。该方法理论推导过程严谨, 操作过程简单, 可广泛应用于各型号微型光谱仪增益及读出噪声的测量。

设计了一种基于FPGA+NIOSⅡ的背照式CCD成像系统。系统采用半导体制冷器对CCD芯片致冷,大幅降低了CCD芯片的暗电流, 从而使相机具有很高的灵敏度和很低的读出噪声特性。图像数据传输采用TCP/IP协议接口,可以进行远距离网络控制。详细介绍了系统的硬件设计、制冷系统结构设计, 以及相关软件设计。

介绍EMCCD 的增益原理，分析了EMCCD 各种噪声的产生机理及相应的抑制方法，并推导出总信比噪模型，从该信噪比模型得出EMCCD 相机的电子倍增过程大大削弱了读出噪声对探测灵敏度的影响；同时为保护电子倍增结构，在满足应用要求的前提下应尽量降低倍增增益；最后通过计算不同工作模式下CCD60 的暗电流噪声和CIC 噪声总和并以此为判断依据，得出CCD60 应工作在反转模式才能得到最小的总噪声，对指导EMCCD硬件设计和应用具有重要意义。

针对CMOS成像器件结构的特殊性，发展并提出了“像元光子转移技术”法测量增益和读出噪声。同时对CMOS器件的线性度、满阱电荷、暗流、不均匀性和量子效率等性能的测试方法进行了研究。最后基于2 k×2 k CMOS芯片进行了性能测试实验，实验结果验证了该测试方法的可行性和可靠性。

CCD图像传感器是目前科学成像领域主流的固体成像器件。一般而言, 当成像系统中使用CCD器件时, 首先需要测量它的一些性能指标, 这是判断该CCD器件是否满足整个系统性能要求的重要依据。对CCD成像器件性能的测试方法进行了探讨, 涉及的参数包括增益、噪声、电荷转移效率、线性和满阱电荷等。研究重点是如何应用扩展像素边界反应方法及同位素X射线方法检测CCD的电荷转移效率, 以及利用X射线方法测量器件的增益。最后以理论研究为基础, 发展并提出了一套切实可行的CCD器件检测方法, 同时基于E2V公司4K×4K芯片CCD203_82进行了性能测试实验, 实验结果也验证了本文提出的测试方法的可行性和可靠性。