硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）具有极高的探测灵敏度和响应速度，且在多光子条件下具有较高的动态范围以及线性响应的特性，在光子计数激光雷达应用中有独特的优势。然而，由于SiPM多像元、单时间通道的工作模式，其输出电压信号相较于其他单光子探测器更大概率出现脉冲堆叠现象，不同鉴别阈值条件下的SiPM探测过程更为复杂。针对该问题，本文建立了SiPM光子事件响应模型，以此为基础分析了由脉冲堆叠引发的屏蔽效应和触发效应两种特殊情况的时域分布，最终建立了SiPM半解析的探测概率与虚警概率模型。同时，搭建了基于SiPM探测器的光子计数雷达系统，通过观察实测输出电压波形以及光子点云分布与理论模型相符（R²>0.95）。通过查全率与查准率对不同鉴别阈值的SiPM光子点云分布进行定量评价，并给出最优鉴别阈值区间，这对基于SiPM的光子计数激光雷达系统硬件参数的优化设计以及探测性能的定量分析具有重要的指导意义。

能量分辨中子成像谱仪是中国散裂中子源当前在建的谱仪之一，其衍射探测器90°分区采用⁶LiF/ZnS中子闪烁体探测器作为探测设备。为实现探测器高位置分辨，读出电子学系统采用了一种电容网络复合读出电路和电荷重心法相结合的实现方法，并研制了电子学样机。该样机由电容网络复合读出电路、前置放大板和数字读出板三部分组成，基本功能验证完成后，分别在实验室和中国散裂中子源的20号束线上进行了相关性能参数测试，测试结果显示：电子学的积分非线性≤0.95%，时间分辨约为12 ns；探测器位置分辨为1 mm、探测效率为65%@1.6 ?，均达到了工程设计指标。该样机的成功研制为能量分辨中子成像谱仪未来顺利开展谱仪实验提供了可靠的技术保障。

开展基于塑料闪烁光纤的宇宙线缪子测量研究时，对闪烁光纤输出光脉冲的光子数定量分析，是读出电子学设计的前提。在无单光子源等弱光标定时，对缪子入射事件在光纤中产生光脉冲的光子数进行定量分析是本文的主要目标。首先利用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier Tube，SiPM）固有的非光生载流子特性标定光脉冲的测量值，获得缪子在直径1 mm和2 mm光纤中产生微弱光脉冲包含的光子数；然后结合Geant4软件模拟计算缪子在光纤中理论光子产额，并与实验结果对比验证。结果显示，在直径1 mm和2 mm光纤中光脉冲光子期望值分别为44个和85个，与模拟结果偏差分别为4.55%和10.59%，表明该低光子数测量方法可以在无额外标定设备时，实现对缪子入射光纤产生光子数的准确测量，并可以应用在其他弱光脉冲光子数测量场景中。

中高能区中完全运动学测量是研究丰中子奇异核结构与性质的常用实验方法。反符合（Veto）探测器是CSR-RIBLLII（Cooling Storage Ring - Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou）外靶实验终端（External Target Facility，ETF）开展丰中子测量的关键设备之一，其功能是消除带电粒子干扰以提高丰中子的有效事例数。然而，原有的Veto探测器存在探测效率低、均匀性差等缺点，可能导致实验与理论计算结果出现偏差。为了解决原有探测器的问题，设计了一种新的Veto探测器单元构型，即采用在Veto探测器单元中嵌入波长位移转换光纤（Wave Length Shifter Fiber，WLS），并使用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）读出的方案。搭建了专门的测试平台并对新型Veto探测器单元进行细致研究，其关键性能参数反符合效率可大于99.9%，相比于原有的Veto探测器提升了22.74%。这一研究结果为CSR-RIBLLII外靶实验终端提供了有效的升级方案，为下一步丰中子奇异核的实验研究奠定了良好的基础。

钚气溶胶测量是进行钚材料相关实验研究的基础。为了确保辐射安全，常需将钚材料密封于密闭容器内以实现对钚气溶胶的包容，商用钚气溶胶监测设备由于难以放入含钚密闭容器而不适用于该应用场景下钚气溶胶浓度的监测。使用ZnS(Ag)闪烁体作为辐射灵敏材料放置于含钚密闭容器内，通过波移光纤将闪烁体信号引出密闭容器，并通过硅光电倍增管实现对闪烁体信号的采集，使用该技术路线建立的钚气溶胶测量系统能够用于密闭容器内钚气溶胶的测量。该测量系统可根据具体需求实现对探测器尺寸、形状的定制，具有功耗低，结构相对简单等优点，实现了密闭容器内钚气溶胶的远程就地测量，具备n/γ混合辐射场下α粒子甄别测量能力。