近年来图像传感器在紫外成像的应用越来越广泛，尤其是以 CCD(charge coupled device)和 CMOS(complementary metal oxide semiconductor)为主的紫外图像传感器受到了研究人员的广泛关注。半导体技术的进步和纳米材料的发展进一步推动了紫外图像传感器的研究。本文综述了国内外紫外增强图像传感器的研究进展，介绍了几种增强器件紫外响应的材料，另外还简要概述了紫外图像传感器在生化分析、大气监测、天文探测等方面的应用，并讨论了 CCD/CMOS图像传感器在紫外探测方面所面临的挑战。

氧化石墨烯薄片（GOSs）作为一种新型的二维片状材料, 具有较高的比表面积、 丰富的表面含氧官能团以及良好的光热稳定性。 而稀土配合物通过无机稀土元素与有机配体的结合表现出优异的荧光特性。 为了将两类材料具有的物化特性结合起来应用于紫外光谱探测领域。 选取了合适的有机配体啉菲罗啉（1,10-邻二氮杂菲, phen）、 2’2-联嘧啶（bpm）作为桥联分子, 把氧化石墨烯（GOSs）与稀土配合物通过氢键自组装作用进行复合, 制备了高效稳定可调的GOSs-稀土配合物复合荧光材料GOSs-Eu(BA)3phen和GOSs-Eu(TTA)3bpm, 并且制备了相应的聚乙烯醇（PVA）共混紫外增强薄膜, 对其光谱特性与稳定性进行了深入的研究。 采用红外光谱、 扫描电镜和金相显微镜等方法, 对紫外增强材料进行了性能表征。 采用吸收光谱, 荧光光谱等方法, 对紫外增强薄膜进行了性能表征。 此外, 通过热重测试（TGA）表征了GOSs氢键复合前后紫外增强材料的热稳定性, 通过荧光强度-紫外光照次数表征了GOSs氢键复合前后紫外增强薄膜的光稳定性。 红外光谱分析发现, 进行配位前后有机配体的特征峰产生了频移, 表明稀土配合物中Eu3+与配体之间存在着明显的配位作用。 在进行复合之后, 桥联配体的特征峰也产生了偏移, 表明GOSs与稀土配合物通过桥联分子的氢键作用进行了进行复合。 吸收光谱与荧光光谱测定结果表明增强薄膜吸收峰在200～400 nm, 荧光主峰在612 nm左右, 为Eu3+特征红色荧光峰, 且不同配体可以实现不同范围的吸收产生差异化的荧光表现。 扫描电镜和金相显微镜清晰地展示了稀土配合物复合前后的微观形貌, 即颗粒状稀土配合物附着在石墨烯薄片上。 光稳定性测试表明经过GOSs氢键复合之后, Eu(BA)3phen和Eu(TTA)3bpm稀土配合物荧光材料在进行25次荧光强度测试后光漂白程度分别下降了4.26%和6.41%, 提高了其光稳定性。 热重测试也表明在经过GOSs氢键复合之后, 稀土配合物的热稳定性有了很大提高。 总之, 得益于GOSs和稀土配合物的特性结合, 所制备的紫外增强材料表现出优异的荧光特性与稳定性, 必将在紫外探测方面有着广阔的应用前景。

随着紫外光谱探测技术的广泛应用，低成本便携式紫外-可见光谱仪成为该领域的研究热点。本文首先依据交叉型Czerny-Turner 结构设计了便携式紫外光谱仪光路结构。其次，针对性研究了紫外光谱仪的关键器件：紫外探测器和闪耀光栅。利用Lumogen 荧光材料和蒸镀成膜法制作镀膜紫外增强CCD，并分析了荧光薄膜在CCD 表面的位置对分辨率的影响；从理论上分析了闪耀光栅对于紫外波段的多级衍射效率的影响，确定了紫外光谱仪对于闪耀光栅的选择。最后，研制的便携式紫外-可见光谱仪样机的性能测试结果表明，200 nm~900 nm 波段、25 μm 狭缝宽度、600lp/mm、300 nm 闪耀光栅配置下分辨率整体小于1.5 nm，200 nm~300 nm 紫外波段的光谱响应度提高到20%，实现了便携式紫外-可见光谱仪的设计要求。

在硅基探测器的入射窗上制备荧光下转换薄膜, 是一种有效降低成本的紫外荧光增强技术。 从理论上探讨了由聚二甲基硅氧烷与颜料黄101混合胶体的紫外荧光薄膜旋涂工艺参数与性能之间关系, 搭建紫外荧光薄膜应用于光谱分析的性能测试实验平台, 对紫外荧光增强薄膜旋涂工艺参数质量配比、 旋涂转速进行优化。 光谱分析探测器有两个主要指标, 光谱响应灵敏度和光谱分辨率, 分析与实验结果表明, 利用旋涂法制备紫外增强荧光薄膜, 旋涂转速将直接影响薄膜的厚度、 表面粗糙度和荧光物质的分布, 从而影响光谱分析系统的分辨率; 紫外荧光增强薄膜的增强效率与荧光溶剂聚二甲基硅氧烷与荧光物质颜料黄101的质量比密切相关, 质量比低无法满足对紫外响应效率的提高, 但高质量比, 荧光物质处在聚集态荧光自猝灭严重, 也不利于增强薄膜的紫外响应效率。 最终, 在薄膜旋涂工艺优化的基础上, 旋涂转速2 500～3 000 r·min-1, 荧光物质与荧光溶剂质量比为7∶100制备出紫外荧光增强薄膜。 汞灯特征光谱测试结果表明该薄膜313 nm紫外波长处探测响应灵敏度提高了1.6倍左右, 对比分析镀膜前后特征光谱的半波带宽, 镀制紫外增强荧光薄膜对其影响很小。

针对国内基于M型Czerny-Turner结构的宽波段微型光谱仪研究较少的情况，对微型宽波段光谱仪进行了设计，并提出了完整的设计流程。根据几何光学原理，分析了光学系统各个参数之间的约束关系，据此设计、计算得到了光学系统的基本参数，并使用Zemax进行仿真。为了提高仪器的紫外响应，在CCD的前端增加了Lumogen镀膜的滤光片。实际制做的光谱仪测量结果表明: 光谱仪的分辨率在200 nm~1100 nm全波段范围内达到 1.5 nm，中心分辨率达到1 nm，满足设计需求。

晕苯是一种用于真空紫外光致发光重要的下转换材料。 本文研究旋涂法和热蒸发法制备紫外CCD用晕苯薄膜的工艺方法, 并对所制备的两种薄膜的性能进行了表征和对比。 测试结果表明: 旋涂方式成膜工艺简单, 材料利用率较高, 并且保持了荧光材料本身固有的晶体结构, 但是膜面粗糙度较大; 热蒸发方式成膜后紫外吸收较强, 荧光发射强度相对较高, 成膜后膜面粗糙度较小; 热蒸发工艺在加热过程中改变了晕苯的晶体结构并形成了新的结晶态; 相比于旋涂法, 热蒸发的整个制备工艺相对复杂, 并且生产成本较高。 此外, 该对比性研究工作为实现不同要求（如荧光发射强度、 表面粗糙度、 生产成本等）的荧光下转换薄膜的制备提供了理论指导。

Lumogen薄膜用于固态硅基探测器件CCD紫外增强具有显著的成本和工艺优势。 研究旋涂法制备Lumogen薄膜的CCD紫外增强技术, 通过对薄膜的光谱分析得到优化的制备工艺。 制备的薄膜在可见光波段透过率较高, 对紫外波段的光具有较强的吸收, 其发射峰位于525 nm, 并且激发谱较宽, 涵盖200～400 nm。 实验结果表明使用旋涂法制备的紫外增强薄膜, 能将紫外光转化为可见光, 并且在增强紫外响应的同时, 不削弱可见波段的响应, 是一种有效增强固态检测器紫外响应的紫外增强薄膜。

传统的电荷耦合器件(CCD), 在400nm以下CCD的量子效率太低, 而传统的基于CCD的紫外增强技术可以提高CCD对紫外波段的响应,但是存在光谱信号弱的缺点, 并且系统分辨率也因此降低。一种自行研制的CCD紫外荧光增强技术, 其创新在于去除CCD表面保护玻璃, 通过真空镀膜的方法将晕苯直接沉积在CCD敏感元件表面,能有效地提高CCD的紫外响应度, 并削弱薄膜对分辨率的影响。对于离散谱线, 253.6nm波长的相对强度提高10倍。对于连续谱线, 紫外波段的信号也得到明显增强, 截止频率从290nm降至220nm。该种方法制作紫外CCD成本不高, 可以实现批量生产, 适合工业应用。

为使“日盲”紫外增强型电荷耦合器件(SBUV-ICCD)适用于不同辐亮度目标的探测，并避免由于长时间高亮度照射引起的器件损害，提出了适用于SBUV-ICCD的自动增益控制(AGC)算法。应用连续N帧图像直方图求和作为分析对象，将其分为背景段、目标段、明亮段及饱和段，使用明亮段与目标段的比例系数及饱和段与明亮段的比例系数为控制参量，完成了AGC算法，并设计实验对其进行了验证。实验结果表明，通过控制饱和系数＜0.2，明亮系数在0.4~0.8内，当目标辐亮度突变或缓慢变化时该算法均能够在1~3 s内实现增益的调节，在保护相机的同时使图像具有较好的分辨率。