影响杜瓦真空寿命的主要是内部材料出气。针对红外探测器杜瓦的出气机理及密封前需长时间排气特点，提出了以满足朗缪尔吸附模型的脱附速率方程作为杜瓦出气率模型的真空寿命评估方法。创新性地提出排气结束时变温监测离子流的方法，获得同覆盖度下不同温度的出气率，消除覆盖度的影响，提取了杜瓦的整体出气激活能，推导出存储温度下初始出气率及出气率随时间变化的关系。实验发现三个杜瓦在不同测试条件下获得的激活能差异为8.8%。跟踪封装2年的杜瓦热负载，验证估算的寿命误差为7.2%。为小批量、多样化杜瓦提供了便利的真空寿命无损检测评估方法。

在国内首次报道了氧气传感专用760 nm单模、波长可调谐的垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL），详细报道了760 nm VCSEL设计方法与器件制备结果。通过分析AlGaAs量子阱的增益特性，确定了量子阱组分及厚度参数，并设计了室温下增益峰与腔模失配为10 nm的VCSEL激光器结构，完成了VCSEL结构的器件制备。VCSEL激光器在工作温度25 °C时单模功率超过2 mW，此时边模抑制比为28.1 dB，发散角全角为18.6°。随着工作电流增加，VCSEL激光器的发散角随之增加，然而激光远场光斑仍然为高斯形貌的圆形对称光斑。通过调节VCSEL激光器的工作温度与工作电流，实现了VCSEL单模激光波长从758.740 nm至764.200 nm的近线性连续调谐，VCSEL工作在15 ~ 35 °C时激光波长的电流调谐系数由1.120 nm/mA变至1.192 nm/mA；温度调谐系数由0.072 nm/°C变至0.077 nm/°C。在两个氧气特征吸收波长附近，VCSEL激光的边模抑制比分别达到了32.6 dB与30.4 dB。

利用分子束外延技术在GaAs（100）衬底上生长了1.3 μm InAs DWELL量子点激光器结构，研究了有源区Be掺杂对量子点激光器性能的影响。研究表明，对有源区进行Be掺杂可以有效降低InAs量子点激光器的阈值电流密度，提升激光器的输出功率，增加激光器的温度稳定性。研制的Be掺杂InAs量子点激光器的阈值电流降低到12 mA，相应的阈值电流密度仅为100 A/cm²，激光器的最高输出功率达到183 mW，最高工作温度达到了130 ℃。这对InAs量子点激光器器件在光通信系统中的应用具有重要意义。

850 nm的垂直腔面发射激光器（VCSEL）是短距离光互连的核心光源。随着对数据中心流量的需求增加，实现不归零（NRZ）调制高速无误码传输是目前的研究热点。本文设计制备了基于λ/2短腔和六层氧化限制层的高速850 nm VCSEL，室温下最高-3 dB带宽达到23.8 GHz。NRZ调制50 Gbit/s（1 m）和40 Gbit/s（100 m）速率下获得清晰的眼图。在未使用预加重、均衡和前向纠错的条件下，通过NRZ调制在1 m和100 m下无误码传输速率分别为40 Gbit/s和30 Gbit/s。

设计了带有质子注入高阻区的刻蚀微结构面发射半导体激光器结构，使得从出光口到上DBR形成环形波导，进而直接产生空心激光束输出。使用FDTD 软件计算了刻蚀微结构VCSEL的光场分布，得到的环形模式图样在不同模式数目下都能保持空心光束的特性。制备了室温下激射波长为848 nm的微结构VCSEL，并测试其输出特性。阈值电流为0.27 A，峰值功率最高可达170 mW。不同电流下的近场图都显示出非常明显的空心环形光斑，远场光强分布曲线也符合空心光束的特性。该新型VCSEL技术为空心光束甚至阵列器件的发展提供了一种新的方法。

近红外光驱动的太赫兹调制器是太赫兹/红外光纤混合通信系统中的重要组成部分。这里提出了一种基于银纳米颗粒/碳量子点（Ag NPs/CDs）近红外驱动的太赫兹调制器。实验结果表明，银纳米颗粒（Ag NPs）与碳量子点（CDs）的结合会引起纳米颗粒的量子尺寸效应和介电限域效应，利用Ag NPs/CDs可以增强硅基底对近红外光的吸收，从而实现近红外驱动的太赫兹波调制。通过808 nm的近红外调制激励源，对样品进行了0.22~0.33 THz范围内的太赫兹透射特性的表征，与参考硅基片相比，Ag NPs/CDs近红外太赫兹调制器的调制深度可以达到83%左右，显著高于参考硅基片的调制深度（~54%），实现了大调制深度的太赫兹波调制。本研究工作在太赫兹/红外光纤混合通信系统中拥有重要的应用价值。

本文采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长原位SiNx栅介质制备了用于Ka波段高功率毫米波应用的AlN/GaN金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMTs）。原位生长SiN_x栅介质显著抑制了栅反向漏电、栅介质/AlN界面态密度和电流坍塌。所研制的MIS HEMTs在V_GS= 2 V时最大饱和输出电流为2.2 A/mm，峰值跨导为509 mS/mm，在V_GS = -30 V时肖特基栅漏电流为4.7×10^-6 A/mm。采用0.15 μmT形栅技术，获得98 GHz的f_T和165 GHz的f_MAX。大信号测量表明，在连续波模式下，漏极电压V_DS = 8 V时，MIS HEMT在40 GHz下输出功率密度2.3 W/mm，45.2%的功率附加效率（PAE），而当V_DS增加到15 V时，功率密度提升到5.2 W/mm，PAE为42.2%。

半导体异质结构具有良好的束缚载流子的能力与产生大功率太赫兹辐射的潜力。但由于异质结构中等离子体非相干振荡的干扰效应造成了太赫兹辐射强度的大幅度降低，因此能够在基于砷化铝镓（AlxGa1-xAs）多层异质结构并通过调节其中铝的摩尔分数来调节窄带隙层的吸收系数，从而使得异质结构每一个窄带隙层的激发载流子数目大致相同，达到几乎完全消除干扰效应的目标。基于砷化铝镓多层异质结构的太赫兹辐射产生模型，结合数值计算研究了宽带太赫兹辐射的输出特性，获得泵浦激光脉冲宽度与产生的太赫兹脉冲之间的定量关系，并分析了泵浦激光脉冲参数对产生的太赫兹脉冲各项参数的影响。本项研究为开展半导体材料与器件相关的宽带太赫兹辐射源提供了一定的理论参考。

提出了一种工作在TM310模式下的用于高次模式速调管的新型谐振腔。通过对侧腔电场的离散化，可以有效地增强中间腔和侧腔的电场。当两腔均工作在TM310模式时，新型谐振腔的特性阻抗均高于传统的哑铃型腔。对两种腔体进行了尺寸敏感性分析。在此基础上，设计了一个W频段的射频电路。当向射频电路注入45 mW的输入功率时，获得了52.4 dB的高增益和7.8 kW的峰值输出功率。互作用电路由25 kV、2 A的圆形电子注驱动。该互作用电路的电子效率和3-dB带宽分别为15.6%和120 MHz。

针对5G毫米波通信，研制了一种双极化有源相控阵天线模组。厚度为2 mm的多层PCB正面印制阵列天线，在其背面集成多通道波束成形芯片，通过中间层实现天线与芯片的互连以及供电、控制等。测试结果表明，研制的板状4×4双极化相控阵模组在E面和H面均实现了不小于±40度的波束扫描范围（不大于3 dB的电平下降）和低于-18 dB的归一化交叉极化电平，在24~27.5 GHz的频率范围内实现了V极化和H极化分别为42.6~45.7 dBm和43.5~46.1 dBm的等效全向辐射功率（EIRP）。

误匹配剔除是提高特征匹配精度的重要手段，星载光学遥感图像由于数据量大、纹理重复、光照强度变化等特点，导致现有误匹配剔除方法的性能下降。针对此问题，提出一种基于局部和全局几何约束的误匹配剔除方法。在初始匹配集的基础上，首先利用特征局部一致性对误匹配进行初步过滤；然后根据图像间的变换关系构建特征拓扑结构，并提取其几何属性描述结构相似度，基于此建立特征全局结构一致性约束模型，通过推导模型的最优解剔除残留误匹配；采用引导式匹配策略，选取局部一致性高的匹配点组成高内点率匹配集，以此作为特征全局邻域，提高全局约束的鲁棒性和效率。实验结果表明，与现有方法相比，所提方法对星载光学遥感图像的匹配性能更优，平均精确率、召回率分别为0.9和0.89；在不同内点率的初始匹配集上表现鲁棒，平均F分数为0.86。

针对复杂背景下尺寸未知的红外弱小目标检测难题，一种基于聚类思想的红外弱小目标检测方法被提出。首先，利用小目标形态学特征对原始红外图像进行预处理，生成新的密度特征图。其次，使用改进的密度峰聚类算法对潜在候选目标进行粗定位。然后，针对潜在目标的局部候选集，采用加权模糊集聚类算法对局部候选集进行目标与背景区域的精细分割，利用目标与背景之间的差异性在增强目标的同时抑制虚警。最后，对处理后的局部候选集进行自适应阈值提取真实目标。实验结果表明，与7种对比算法相比，该算法对尺寸未知的小目标具有良好的鲁棒性和检测性能。

亚像元定位技术可以分析混合像元，并实现从丰度图像到亚像元级精细土地覆盖定位图像的转换。然而，传统的亚像元定位方法所使用的光谱信息通常在指定的矩形局部窗口中构造，并且很少使用所有波段的光谱信息，影响了亚像元定位的性能。为了解决这一问题，本文提出了一种基于不规则尺度区域光谱信息的高光谱图像亚像元定位方法（SIISA）。在三幅遥感图像上的实验结果表明，所提出的SIISA优于现有的亚像元定位方法。

红外点目标检测是红外制导系统的关键技术之一，是**应用领域的研究热点。一方面，点目标在大气传输和散射过程中由于观测距离长，常常淹没在背景杂波和大噪声中，信噪比低。另一方面，图像中的目标以模糊点的形式出现，使得目标没有明显的特征和纹理信息。由于不同红外图像中的点目标具有不同的外观、形状和姿态，加之噪声杂波的干扰遮挡，经过单帧检测后，除了真实目标外，图像中可能有虚假目标和一些强噪声。因此，由于这几个因素，红外点目标检测变得非常困难。为了解决这一问题，作者研究了红外点目标检测的相关方法，提出了非凸秩逼近最小化方法（NRAM）与改进的随机漫步者方法（MRW）相结合的方法（NRAM-MRW），在复杂的红外背景下，针对红外点目标的检测中有着较好的检测效果。

航空场景下的远红外图像迫切需要准确、鲁棒、快速的特征描述与自动配准方法。由于已有的多重线型描述符MLD特征存在“特征孤岛”和“尺度变换受限”的问题，因此针对远红外航空图像的配准问题，文章提出了一种聚合特征点以及线型描述符分段统计的特征描述方式，即sMLD特征。结合sMLD特征相互连接构成网状拓扑结构的特性，还提出了一种由粗到细的分支加速匹配算法RF-BA。其中，RF-BA粗匹配充分利用拓扑图的结构，通过局部寻优算法提高匹配的效率。RF-BA精匹配利用最小外接凸四边形原则和GMS校验原则，提升配准精度。实验结果表明，与已有的几种代表性配准方法相比，所提方法在配准精度和时间开销方面均具有更好的性能。