基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺，设计了一种线性驱动电路。该电路具有高速和大摆幅的优势，能线性驱动行波马赫-曾德尔调制器(TW-MZM)，可满足光通信系统100 Gbit/s单通道的应用需求。驱动电路包括连续时间线性均衡(CTLE)电路、可变增益放大(VGA)电路和基于Cascode结构改进优化的输出级电路，实现了增益可调，且避免发生由较大输出摆幅导致的晶体管击穿。仿真结果表明，电路的-3 dB带宽为43 GHz，其增益在15~25 dB内可调。在56 Gbaud NRZ/PAM4的输入信号下，测得的眼图形状良好，差分输出摆幅峰-峰值达4 V，电路整体功耗为1.02 W，面积为0.33 mm2。

为了解决传统多光谱辐射测温仪便携性差和无法测量瞬变温度的问题,采用分光光纤和带通滤光片的分光方法,设计了高速光电响应电路,研制了一台便携式高速多光谱辐射测温仪。结果表明,使用光纤和带通滤光片代替传统的棱镜分光,并与其它硬件封装在一起,可降低系统的复杂度,提高仪器的便携性,组装后仪器总体质量不大于4 kg,体积不大于30 cm×25 cm×25 cm;设计高带宽的光电转换电路并使用高速模数转换芯片、现场可编程门阵列芯片及CYUSB3014芯片进行数字信号的采集和传输,与计算机的通信速率高达100 MHz,使得测温仪能够测量微秒级变化的温度;在参考温度稳定的情况下,测温相对误差低于±2.5%,测温精度较高。这些结果对于提高测温仪的便携性和实现瞬变温度场高精度测温是有帮助的。

为了实现太赫兹气体频谱分析传感器，对 245 GHz次谐波接收机芯片的片外测试展开研究。建立了 245 GHz次谐波接收机片外测试系统以及基于 245 GHz接收机芯片及发射机芯片的气体频谱分析传感器片外展示测试系统，对 245 GHz次谐波接收机芯片转换增益和带宽进行测试。片外测试系统得到 15 dB转换增益和 15 GHz带宽；片外展示测试系统得到 9 dB转换增益和 16 GHz带宽。片外测试系统和片外展示测试系统结果基本吻合。在片外展示测试系统中加入气腔，即构成气体频谱分析传感器。与现有同类型传感器相比，本文的次谐波接收机具有高增益、高带宽、集成本地振荡信号、低功耗等优势，非常适用于消费电子领域小体积的智能气体频谱分析传感器。

针对目前用于原子力显微镜的扫描定位平台带宽低、行程小、耦合性能差等问题, 提出了一种基于柔性梁的高带宽两自由度精密定位平台并对该平台进行了优化设计、仿真验证与实验分析。首先, 提出了以双端固定梁与平行杂交梁为基础的并联柔顺平台, 分别运用卡式第二定理和拉格朗日方程建立了平台刚度和固有频率的数学模型; 然后, 通过最优化理论获取了平台的最高固有频率及最优设计尺寸, 并运用有限元方法验证了优化结果的可靠性; 最后, 搭建了实验系统, 对平台进行了实验研究。实验结果表明: 所设计平台的最大行程为12.950 μm×13.517 μm, 耦合误差小于1.77%, X, Y方向的固有频率分别为12.21和13.50 kHz, 在开环条件下可良好地追踪频率小于1 kHz的三角波, 有效改善了传统扫描定位平台响应慢、行程小、耦合性能差等问题。

提出一种基于AlGaInAs材料的1.55-μm波段的大功率、高速直调分布反馈(DFB)激光器阵列。采用具有良好温度特性和高微分增益的AlGaInAs材料作为量子阱和波导层以实现大功率与高带宽的输出;引入稀释波导结构来减小有源区内部损耗,同时降低远场发散角;采用悬浮光栅并优化耦合系数以实现大注入电流下的单模稳定工作。最终实现了1.5-μm波段5波长的大功率直调激光器阵列,阵列波长间隔约为5 nm,室温连续波(CW)工作时各通道输出光功率均大于100 mW,单通道最大输出光功率为160 mW,500 mA工作电流范围内边模抑制比大于55 dB,小信号调制带宽可达7 GHz,激光器最小线宽为520 kHz,相对强度噪声低于-145 dB/Hz。

设计一种新型的可产生高带宽混沌的面向蝶形封装的外腔半导体激光器，并在理论上研究了反馈率、注入电流比和载流子寿命对其动态特性的影响。数值仿真结果表明，调节反馈率或增加注入电流比时，该结构的输出光经历从稳定状态、准周期状态、混沌状态再到稳定状态的周期演化。增大注入电流比或减小载流子寿命时，外腔激光器的弛豫振荡频率增大。在大弛豫振荡频率和大外腔振荡频率下，能够生成有效带宽高达70 GHz的混沌。分析了这种高带宽混沌生成的机理，也为高速随机数的生成提供了新的熵源。此外，在弱光反馈下，尝试利用激光器的弛豫振荡来掩盖反馈的时延特征，并分析了时延对外腔振荡频率的影响。

分析了交直流同时响应的模拟光电探测器设计和制作中的关键问题, 与电压差分光电探测电路相比, 电流差分电路具有工作点始终稳定在零点、有效抵消PIN的噪声电流, 以及无负载电阻的热噪声等优点, 并找到了电流差分电路工作的最佳条件, 制作了探测波长范围为900~1700nm的模拟光探测器, 其信噪比优于35dB, 最小可探测光强为200nW, 响应度为700V/W, 响应带宽达到0~70MHz。

弹光调制干涉具调制的干涉光被探测器接收后输出高速变化的微弱电信号，能否将该电信号提取并放大输出对弹光调制-傅里叶变换光谱仪的研制至关重要。通过对调制干涉光进行理论分析，设计一种具有高信噪比和较高带宽的光电转换放大电路，主要由电源电路、光电转换电路、放大电路、理论通频带为100 kHz~3.5 MHz的带通滤波电路组成。实验结果表明：设计的电路能够将探测器输出的最大频率为1.6 MHz的信号放大至670 mV左右，实现了将探测器输出的微弱速变电信号从背景噪声中有效提取与放大，为后续傅里叶变换提供可靠数据。

介绍一种基于 PSD位置传感器的快速反射镜系统, 并且对快速反射镜的机械结构进行了分析和设计; 采用不完全微分 PID算法作为控制策略, 消除了快速反射镜的低频机械谐振峰, 从而实现快速反射镜的快速、高带宽控制。经仿真验证, 校正后系统阶跃响应时间短, 跟踪精度高。

四极质谱峰信号是10^-11～10^-6A级的微弱电流,并且快速变化,所以在大动态范围内实现放大器的低噪声和高带宽是设计关键。本文设计了一种开环增益可调整的同相输入复合跨阻抗放大器,并分析了开环增益对信号和噪声的影响。在较低放大倍率时,改变开环增益后放大器会降低自身产生的噪声,实现低噪声;在较高放大倍率时,改变开环增益后放大器能扩展被极高阻值的反馈电阻和寄生电容降低的信号带宽。实验结果表明:与反相输入复合放大器相比,同相输入复合放大器在10⁶～10⁷V/A放大时能降低5%～30%噪声,在10⁸V/A放大时可扩展带宽1.8倍并提高10%～15%质谱峰强度。在10⁶～10⁸V/A大动态范围内,同相输入复合放大器可降低噪声和扩展带宽,提高了四极质谱峰的信噪比、灵敏度和分辨率。