倍增层对雪崩光电探测器内部载流子的碰撞电离至关重要，因此，采用三元化合物In_0.83Al_0.17As作为倍增层材料，借助器件仿真工具Silvaco-TCAD，详细探究了In_0.83Ga_0.17As/GaAs雪崩光电探测器的倍增层厚度及掺杂浓度对其内部电场强度、电流特性和电容特性的影响规律。研究表明，随着倍增层厚度的增加，器件的电场强度和电容呈减小趋势。同时，倍增层掺杂浓度的增大会引起电容和倍增层内的电场强度峰值增加。进一步研究发现，随着倍增层厚度的增加，器件的穿通电压线性增大，击穿电压先减小后增大，但倍增层掺杂浓度的增加会引起器件击穿电压的减小。此外，用电场分布和倍增因子的结合解释了器件穿通电压与击穿电压的变化。

为了论证单光子成像技术天基应用可行性，分析了光学系统后向散射影响消除、单光子雪崩光电探测噪声抑制、自由运行模式等关键问题。基于偏振滤波理论、泊松统计滤波理论，选取重尾型脉冲激光函数，采用蒙特卡罗仿真方法，构建了星载单光子计数成像系统仿真模型，并仿真了不同轨道高度、不同重复次数和门控时间间隔条件下的光子计数结果。结果表明，脉冲激光回波光子计数波形与发射波形相近，仿真情况与实际相符，单光子成像距离存在阈值，当重复次数低于开门次数时，存在漏检现象。根据本研究的参数设置，在500 km的轨道高度上，当重复次数为2000、开门次数为2000时，激光测距精度可达0.09 m。所提相关方法可以为星载单光子计数成像系统指标分配和在轨参数调整提供技术支撑。

光通信系统不断提升的传输速率对光电探测器的带宽提出了更高的要求。利用有限元分析软件APSYS对p区倒置型雪崩光电探测器(APD)进行设计与优化。结果表明，双台面p区倒置型 APD可将电场限制在中心区域，避免器件发生边缘击穿，器件的暗电流约为0.1 nA，最大带宽为23 GHz，增益带宽积为276 GHz。在此结构上，对双台面p区倒置型 APD的台面及层结构参数进行优化，得到最大带宽为31.7 GHz，增益带宽积为289.4 GHz的三台面p区倒置型 APD。

近年来, 量子卫星通信、主动成像等先进技术的应用取得了较大的进展, InGaAs/InP雪崩光电探测器作为信息接收端的核心器件起到了至关重要的作用。本文系统介绍了 InGaAs/InP雪崩光电探测器的工作原理, 分析了器件结构设计对暗电流特性的影响, 对盖格模式下多种单光子探测电路进行了综述, 同时对新型金属-绝缘体-金属结构设计的研究进展进行了介绍和展望。

基于频率响应理论模型，分析了同轴封装的雪崩光电探测器的高频特性.包含芯片、键合金丝、跨阻放大器和同轴管座等各部分的高频特性及对器件高频特性的影响.通过调节封装过程中不同键合金丝引入的电感参量，可以得到不同现象的频率响应.最后考虑实际工程条件，优化得到了10 GHz的－3 dB带宽的同轴封装雪崩光电探测器件.

为了精确模拟雪崩光电探测器(APD)的特性，提出了一种APD等效电路模型。文中首先从APD载流子速率方程出发，同时考虑芯片寄生参量和封装寄生参量的影响，得到了APD的等效电路模型，进而基于该电路模型在PSpice软件中分析了APD的光脉冲响应特性、频率响应特性、噪声特性和增益带宽特性。

对4H－SiC雪崩光电探测器的Ti／Al／Au p型欧姆接触进行了详细的研究。通过线性传输线模型(LTLM)测得经930℃退火后欧姆接触的最小比接触电阻为5．4×10^－4Ωcm²。分别用扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射谱(XRD)对退火前后的表面形貌、金属之间以及金－半接触界面之间相互反应及扩散情况进行测试与分析，发现了影响欧姆接触性能的主要原因。对采用此欧姆接触制备的4H－SiC雪崩光电探测器进行测试，发现器件的击穿电压约为－55V，此时其p型电极处的电压降仅为0．82mV，可以满足4H－SiC雪崩光电探测器在高压下工作的需要。

对GexSi1-x/Si应变超晶格雪崩光电探测器进行了分析与优化设计。优化结构为：i-Si雪崩区厚是1.8～2 μm;p-Si区的掺杂浓度是10 18 cm-3,厚为17 nm;超晶格总厚为340 nm。它可探测1.3～1.6 μm的红外光。