通过对两种结构参数与设计偏差较大的带间级联激光器（ICL）的研究，探讨了器件性能在结构变化下的耐受性。在300 K时，即使和4.6 μm的设计波长相比蓝移700 nm以上，激光器仍然性能良好，其阈值电流密度低至320 A/cm²。此研究为带间级联激光器在结构变化方面的耐受性提供了坚实的实验依据。

非制冷红外焦平面探测器（Uncooled IRFPA）像元结构从单层结构向双层结构的发展降低了探测器噪声，提升了性能。介绍了像元的MEMS结构及主要物理参数，指出双层结构与单层结构的主要差异在于像元有效面积和桥臂热导的不同。三维噪声模型是对IRFPA噪声进行分析的有效手段，其中时空随机噪声是非制冷IRFPA最主要的噪声成份。分析了非制冷IRFPA时空随机噪声的产生机理，建立了时空随机噪声模型，得到时空随机噪声与像元有效面积和桥臂热导的关系。将某款单层像元结构探测器改进为双层像元结构并进行噪声测试，实测数据证明了非制冷IRFPA时空随机噪声模型的有效性。

为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度，提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元，每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的，可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率，以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况，设计了以熔石英为基底，工作波段为0.6~0.8 μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31 μm和0.473 μm。仿真结果表明，在参考波长0.7 μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%，0.6~0.8 μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%，偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比，二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计，可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。

对W波段三槽梯形线耦合腔慢波结构（包括大功率输入输出耦合器和射频窗）的加工和冷测进行了研究。此慢波结构由一个矩形波导耦合器馈电，该耦合器由放置在输入腔短边上的三阶阶梯变换矩形波导组成。首先，利用仿真方法研究了慢波结构的色散、互作用阻抗、传输特性和注-波互作用。结果表明，采用三槽梯形线耦合腔慢波结构的行波管能够在91～96 GHz的频率范围内提供大于1 000 W的饱和输出功率，并且在94 GHz频点，饱和输出功率最大，可以达到1 125 W。其次，采用高精度数控铣床加工出三槽梯形线慢波结构，并将其固定在非磁性不锈钢外壳中。文中给出了带有耦合器和射频窗的三槽梯形线慢波系统的测试结果，表明在90 GHz到100 GHz的频率范围内，S₁₁<-10 dB。因此，三槽梯形线慢波结构在W波段大功率行波管方面具有应用前景。

设计和测试了内嵌准光系统的94 GHz回旋管，该系统主要用于研究毫米波辐射的非致命生物效应。为了减少大功率高频下的回旋管壁面加热问题，选择TE_+6,2模式作为工作模式。对于高阶模式，存在更多相邻模式，因此模式竞争会影响实验的稳定性和有效的可操作性。渐变腔已被设计为抑制单个腔中的模式竞争。另外，具有低衍射准光模式变换器的功率转换效率为98.54%。实验结果表明，回旋管输出功率为50.9 kW，效率为34.3%。对于非致死的生物效应研究，整体设计方案达到了预期的效果。

金属或半导体与介质分界面上的电子与光子互作用形成的光学表面等离激元（SPP）以及人工超构材料或二维原子晶体材料表面上的电子与太赫兹波或微波互作用形成的人工表面等离激元（SSP）是小型化与集成化太赫兹有源/无源器件和太赫兹超分辨率成像的重要物理基础。随着太赫兹科学技术的发展，太赫兹表面等离激元研究在国际上受到很大关注。本文介绍了传统的光学表面等离激元及其发展，详细阐述了太赫兹波段的人工表面等离激元（SSP）和石墨烯表面等离激元（GSP）的基本原理和发展历程，对表面等离激元在太赫兹波段的新型辐射源、无源器件、超分辨率成像及其他领域的应用进行了较为全面的总结和评述，并对该领域未来进一步发展的方向进行了展望。

太赫兹波由于其独特的光学和电学性质，在物理学、生物学、公共安全检查、局域通信、信息安全、环境监测、无损检测和**科技等民用或**领域都有着广阔的应用前景。太赫兹探测器作为太赫兹领域的核心器件，在太赫兹系统中扮演着重要角色。因此太赫兹探测器的性能，决定了太赫兹系统的应用市场。近年来，太赫兹探测器的发展已取得突破性的成果，但是太赫兹探测器还存在着一些普遍的问题，制冷的太赫兹探测器虽然有响应速率快和噪声等效功率低等优点，但是其紧凑性不好，并且成本较高。室温可工作的太赫兹探测器虽然不需要制冷环境，但是噪声等效功率偏大，灵敏度也不高。该综述从太赫兹探测器的制备材料和器件形式等方面，阐述了太赫兹探测器的发展现状及其应用领域。

对基于12个周期的交错双排矩形波导慢波结构(staggered double rectangular waveguide slow wave structure,简记为SDRWSWS)的单谐振腔94.5GHz分布作用振荡器(extended interaction oscillator, EIO)进行了计算机模拟，给出了通过计算机模拟确定谐振腔结构参数及电子注参数的方法和步骤。提出了“相位再同步”的高效率方法，将谐振腔中从电子注输入端数起的第5～6个周期的慢波结构的周期降低到原来的90%左右，改变了谐振腔中轴向电场强度的分布，使轴向电场强度在远离输出口一端相对降低，而在靠近输出口一端相对升高，有助于电子注的调制随着电子注的行进而加强；同时，使在靠近输出口一端的轴向电场强度的相位增大了51.6o，从而与电子注的空间电荷波的相位保持同步并从电子注提取更多能量。计算机模拟结果证实，采用该技术的分布作用振荡器的功率和电子效率都得到显著提高，改善最大的数值是原来的2倍以上。

从理论和实验上对极化材料4H-SiC一维光栅的光学特性进行了研究。发现该结构中存在四种光学模式：传播表面声子极化激元、偶极子天线、局域表面声子极化激元和准静态表面声子极化激元。进一步利用传播表面声子极化激元对于光栅结构参数的敏感性和原子层沉积技术生长介质材料，观察到了沉积材料厚度变化和传播表面声子极化激元的峰位偏移量呈现线性关系。该研究有助于新型微纳器件如纳米尺、传感器等的开发。

提出了一种热释电红外探测器视场调制策略。此策略能够提高人体定位分辨率，并且不会降低探测器的探测距离。对于此策略，热释电红外探测器的视场被遮光板调制，且调制后的探测器视场相互重叠交错形成一些采样区域。为了验证此策略，制作了包含九个热释电红外探测器的人体定位节点，节点中所有调制后的探测器视场角均为36°，每一个采样区域的角度均为4°。如果受测者在一个采样区域中运动，对应的热释电红外探测器将被触发，至少需要两个人体定位节点才能实现人体定位。根据节点中热释电红外探测器的状态，能够估计人体的位置。实验中，在600 cm × 600 cm的方形区域内设置两个人体定位节点，使用最小二乘法估计理论误差，其最大理论误差为70 cm。实验中估计了八个人体位置，将所有的估计位置点连接起来形成估计路径。估计路径与预设路径十分接近。实验中的最小和最大定位误差分别为4.42 cm和16.91 cm。

首先介绍了偏振探测器的结构，建立了探测器的信号响应模型，并基于该响应模型制定了相应的参数定标方案，实现了对入射辐射偏振态的高精度计算和对偏振图像的非均匀性校正。实验数据表明，校正后计算得到的线偏振度是真实值的97.8%~101.5%，满足了偏振探测的精度要求；强度图像和线偏振度图像相对于未校正图像的非均匀性分别降低了93.64%和93.67%，有效提高了图像质量。

针对航空面阵摆扫数据无控制点几何校正问题，提出了一种基于POS数据的面阵摆扫热红外影像的分步几何校正方法，主要包括利用视矢量法对影像校正、投影至高斯地辅平面进行拼接、及提取虚拟控制点三个步骤。利用最小二乘法对全局影像进行第二次几何精校正，实现研究区热红外图像几何校正。实验图像验证了该校正算法的有效性，平面两点距离相对误差为0.81%，平面两点方位角相对误差为0.72%，相较于直接利用POS校正误差有显著改善。该研究方法可推广应用于其它面阵摆扫无地面控制点的航飞图像几何校正。

在统计分析“降水”和“非降水”视场点的Himawari-8（H8）成像仪（Advanced Himawari Imager，AHI）红外不同光谱亮温梯度变化基础上，开展了H8/AHI资料反演降水初步应用研究。以安徽区域为例，当有降水发生时，AHI通道7至通道16亮温梯度均有变化。采用字典学习和正则化约束法开展降水反演，首先构建匹配的AHI光谱“亮温”和GPM“降水”字典，作为历史样本库；其次基于“字典”利用K-最近邻法进行待反演红外光谱亮温“降水”和“非降水”信号识别；最后在降水信号“子空间”基于正则项约束完成红外资料反演降水。初步试验结果表明基于Gamma概率分布贝叶斯模型平均反演的降水与GPM降水具有较好的结构相似性，误差较小，临界成功指数值较高。进一步将该方法推广应用到AHI光谱亮温反演台风“玛莉亚”降水，得到此方法能够反演出台风的螺旋云雨带。

为解决遥感影像分割尺度自动选取难的问题，提出了融合层次聚类的高分辨率遥感影像超像素分割方法。首先采用自适应形态重建的分水岭分割算法将影像分割成多个超像素；然后提取各超像素的灰度特征向量；最后利用层次聚类方法进行超像素合并，实现高分辨率遥感影像的精确分割。实验选用4组景遥感影像；采用定性和定量相结合的方法评价实验结果。实验结果表明，该方法有效提高了遥感影像分割精度，并取得了较好的分割视觉效果。