红外焦平面探测器正朝着更大规模、高帧频、高集成度的方向发展。在高速目标跟踪探测、感兴趣区域成像等应用场景，需要解决高速读出时面临的功耗较高的难点。文中提出了一种数字IC的可编程开窗IP核设计，并通过采用列级分时选通技术，实现对640×512读出电路列模块的超低功耗优化。像素单元电路包含CTIA输入级、双采样保持结构和跟随输出，折衷优化了面积、噪声和增益等因素。相较于传统用门级电路定制设计实现的开窗方式，可编程开窗数字IP核对于不同面阵规格具有良好的可扩展性，并且可以借助后端软件综合优化版图布局，从而缩短设计周期。实际研制中采用0.18 µm 标准CMOS工艺完成了中心距15 µm的640×512读出电路设计及流片验证，并与640×512元短波红外InGaAs探测器芯片进行了耦合测试，结果表明分时选通技术有效降低了列级电路功耗，电路读出总功耗小于80 mW，列级功耗仅为15 mW，读出速率达到15 MHz，可编程开窗IP核功能正常，可以实现指定区域的开窗功能。

The application of starlight refraction navigation to spacecraft and space weapons is a significant development direction. Observing enough refracted stars for the star sensor in a strong limb background is an urgent problem. The all-day optical system parameters are analyzed based on the star detection requirement and navigation accuracy. Combined with primary aberration theory, the prime-focus catadioptric optical system is selected to meet the design requirements of a wide field of view (FOV) and tight structure. An H-band (1.52 μm–1.78 μm) star sensor is designed with an FOV of 6°, a focal length of 831 mm, an effective aperture of 253 mm, and a relative distortion of 0.03%. The energy concentration of the star point is 85% within 30 μm, and the maximum lateral chromatic aberration is 2.9 μm, which meets the imaging requirements. Furthermore, a baffle is designed to avoid the influence of direct sunlight on stellar imaging. The proposed method can provide a theoretical foundation and technical support for the optical design of the refraction star navigation.

为解决传统接触式路面气象传感器寿命低、安装不便、易破坏路基等问题，用1 310 nm、1 430 nm两种波长的激光器作为探测光源，结合红外测温辅助，研究了一种非接触的路面气象传感方法。该方法通过测量不同路面状态下由光源照射形成的后向散射光强，得到水、冰介质膜在两个特征波长下的反射率；通过设定反射率和红外温度信号的判别逻辑，可以分辨多种路面状态，包括干燥、潮湿、积水、结冰和结霜；以朗伯比尔定律为基础建模实现积水、结冰厚度检测，利用反射率零点自动判别校准测量模型参数，无需现场标定即可在不同道路条件下实现精准测量。实验证明，该方法路面状态判别准确，水/冰厚度检测量程达到3 mm，精度均为±0.2 mm，具有结构简单、探测距离远、成本低等特点，有良好的实用价值。

鉴于目前场地双向反射分布函数测量的非便携性和低效性，开展了基于多旋翼无人机的场地双向反射分布函数测量系统的研制。该系统主要由多旋翼无人机和可见-短波红外光谱仪组成，其中光谱仪的观测镜头由高精度无人机云台控制。光谱仪采用两个波段探测单元，整体光谱覆盖范围为400～1700 nm，两个探测单元均以平场凹面光栅分光、线阵探测器探测信号，两个探测单元的光谱分辨率分别优于3 nm和12 nm。为验证基于多旋翼无人机的场地双向反射分布函数测量系统的综合性能，利用该测量系统对敦煌辐射校正场进行了地表方向特性测量。试验结果表明，该便携式测量系统可以大大提高场地双向反射分布函数的测量效率，为场地双向反射分布函数测量的未来发展提供了有益参考。

短波红外(short-wave infrared, SWIR)一般指900~1 700 nm的光波段, 是肉眼不可见的光波段, 这种波段目前主流的探测器以InGaAs为主, 主要用于**、 生物以及材料光谱分析等领域。 短波红外荧光成像以其对生物组织光学损伤小、 成像深度大、 成像信噪比高、 空间和时间成像分辨率高等特点, 使得基于InGaAs探测器的生物光学成像成为生物组织观测领域的研究焦点。 生物光学窗口的多窗口宽谱段的荧光光谱特性, 使得可以对生物组织采集多谱段的光谱图像, 以此来观察生物组织的在不同光谱照明下的结构特性。 针对生物光学窗口的光谱特性, 设计了一种基于InGaAs探测器的多谱段的小鼠静脉成像系统, 可以无接触采集小鼠静脉红外光谱图像, 对测小鼠的静脉红外光谱。 设计的基于InGaAs探测器的短波红外探测器, 可以实现最高5 000 ms的积分时间; 积分时间的延长, 显著地提升了静脉成像的信噪比, 同时其光谱响应特性很好的覆盖了第二生物光学窗口以及第三生物光学窗口。 针对光学显微特性的成像特点以及静脉组织在图像中的特征表达, 设计了一种新型的单光谱多焦距融合算法, 可以很好的实现静脉图像的红外光谱观测。 提出了一种基于多尺度梯度域引导滤波(gradient domain guidedfilter, GDGF)多焦距融合算法, 来补偿显微特性的成像缺陷。 通过多尺度梯度域引导滤波算法, 实现对显微对焦区域的提取, 进而实现对融合决策函数的计算, 最后再通过梯度域引导滤波将得到的融合决策函数精细化处理最终得到我们的融合算法的最终决策融合函数。 实验表明, 设计的InGaAs短波红外探测器很好的满足了对小鼠静脉荧光光谱成像的需求, 分别实现了针对小鼠静脉的1 100, 1 250和1 350 nm等多个波段的光谱成像, 以及在同一激光照明下实现多个焦距下的光谱成像。 同时设计的融合算法很好的提取了小鼠静脉图像的对焦区域, 在将多焦距图像融合的同时又减少了噪声的引入, 实现了高质量全局静脉成像。

研究了分子束外延生长条件对高铟组分InGaAs材料性能的影响，分析了生长温度、V/III比和As分子束形态对In_0.74Ga_0.26As材料光致发光和X射线衍射峰强度、本底载流子浓度和迁移率的影响。测试结果表明：适中的生长温度和V/III比可以提高材料晶格质量，减少非辐射复合，降低本底杂质浓度。As分子束为As₂时In_0.74Ga_0.26As材料质量优于As₄分子束。当生长温度为570 ℃，As分子束形态为As₂，V/III比为18时，可以获得较高的光致发光和X射线衍射峰强度，室温和77 K下的本底载流子浓度分别达到6.3×10¹⁴ cm^-3和4.0×10¹⁴ cm^-3，迁移率分别达到13 400 cm²/Vs和45 160 cm²/Vs。