设计了一款高帧频高灵敏度双通道16元线列PINCMOS图像传感器。相对于传统的pn结光电二极管，PIN光电二极管具有结电容小和量子效率高的优点，可以降低CTIA像素电路的噪声,提高信噪比；同时采用一种新型的相关双采样电路结构，可以在边积分边读出的模式下实现相关双采样，抑制像素复位带来的KTC噪声。基于0.35μm PINCMOS工艺进行了线列CMOS图像传感器流片，并对器件的光电性能进行了测试。测试结果表明：在像元尺寸为90μm×90μm，700nm波长下，器件灵敏度达3000V/(lx·s)，量子效率为96%；在40kHz高帧频、0.05lx光照条件下器件信噪比为7，适于弱信号下的高速探测。

传统的CMOS图像传感器一般采用基于LV-CMOS工艺的N阱/P型衬底制备的PN光电二极管或者PPD二极管作为光敏元。PIN光敏元具有结电容小、量子效率高的特点。采用HV-CMOS(高压CMOS)工艺可以实现CMOS电路与PIN光敏元的单片集成。本文研究了集成PIN光敏元的CMOS探测器的光电响应特性以及NEP随像素大小和复位电压的变化关系。研究表明，将光敏元从PN光电二极管改为PIN光电二极管后，像素电荷增益可以提高一个数量级左右; 同时，像素的瞬态电荷增益要大于传统认为的1/Cpd，并与二极管的大小以及复位电压紧密相关。研究发现，小像素因其更高的电荷增益和更低的等效噪声，更加适合弱信号下的短积分时间快速探测。若配合微透镜的使用，小像素在微光探测方面可以获得更大的优势。

PIN光电二极管相对于pn结型光电二极管具有结电容小、量子效率高等优点，但采用标准低压CMOS（LV-CMOS）工艺研制的CMOS传感器只能实现基于n阱/p衬底的pn结光敏元与片上电路的集成，高压CMOS（HV-CMOS）工艺的发展为CMOS电路与PIN光敏元列阵的单片集成提供了可能。基于HV-CMOS工艺设计了一种集成PIN光敏元列阵的CMOS传感器，并对器件的光电响应进行了测试评估。结果表明，集成PIN光敏元的CMOS传感器具有更高的像素增益和量子效率，而暗电流、输出摆幅、线性度等特性保持良好。在500~900nm宽波段范围内，器件的量子效率均达到80%以上，在950nm附近的量子效率达到25%，优于采用其他工艺制作的CMOS传感器。

卫星星内漫反射无线光通信系统利用漫反射光作为传输介质替代传统的有线电缆, 对卫星的减重、降能耗发挥了巨大作用, 并可简化卫星在组装、集成和测试（AIT）阶段的工作。分析和仿真了卫星星内空间漫反射光传输链路。通过使用红外LED发射光信号, PIN光电二极管接收光信号来完成光电信号之间的转换, 并结合CAN总线通信系统, 设计了一套卫星星内无线光通信系统。系统在星内空间模拟平台上进行测试, 实现了可视链路上1M波特率和非可视漫反射链路上500K波特率的稳定通信。

介绍了一种基于PIN光电二极管的紫外激光脉冲能量在线检测系统。首先, 采用激光主光路外的检测光实现激光脉冲能量的无损在线响应; 其次, 采用高速高精度积分电路将响应光电流处理为电压峰值; 最后, 利用激光系统的同步触发信号进行检测时序设计从而获得精确的激光脉冲前后的检测系统输出差值, 经过计算后获得精确的激光脉冲能量。检测系统在248 nmKrF和308 nmXeCl准分子激光器上进行了测试, 实现了对0～200 Hz重复率运行的准分子激光能量在线无损检测, 测量结果与输出端外置能量计测得结果相对比, 相关性与可重复性一致, 满足应用需求。

激光与物体相互作用产生的频率转换特性，对于目标探测具有重要的意义。频率上转换回波信号具有强度弱、脉冲展宽、有相移等特性。根据这种回波特性，论文以 PIN光电二极管为探测器件，采用锁定放大技术进行回波信号检测。通过前置放大电路、交流信号放大电路完成回波信号的转换放大，运用相敏检波器实现回波信号提取，并搭建了回波探测系统。实验测试表明，基于锁定放大器的探测系统能够抑制杂波信号，从强噪声背景中提取有效回波信号，针对探测系统前方 1.5 m处的探测靶标，系统的输出信噪比为 16.9 dB。

缺乏高质量的硅光电接受器件一直制约着全硅光电子回路的发展。分析讨论了PERL太阳能电池的高效光电特性技术,并将其应用于硅光电二极管,设计了一种高响应度,高截止频率的硅基PIN光电二极管的器件结构,说明了该结构的技术特点与制备工艺。使用SUPREM-IV仿真器对该器件进行了模拟仿真,讨论了I层的长度与厚度对器件性能的影响。

实验研究了不同脉冲能量的飞秒激光诱发硅PIN光电二极管瞬态响应信号的特性。发现探测器响应瞬态响应信号相继出现了三个明显的相位， 深入讨论了飞秒激光诱发的高注入载流子在瞬态响应信号演化过程中所起的作用。结果表明，高注入载流子产生的空间电荷屏蔽效应是导致 瞬态响应信号呈现三个相位的主要因素，它导致瞬态响应信号的持续时间主要取决于载流子双极扩散的速度。增加飞秒激光的脉冲能量会 进一步延长探测器瞬态响应信号的持续时间。因此，飞秒激光会削弱探测器的工作性能，尤其是在高速信号探测中的工作性能。

光电检测电路的设计对激光探测系统的性能有重要的影响。针对窄脉冲激光的时域特性, 对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析, 包括光电二极管的偏置电压对检测电路的影响、光电流转换方式对信号带宽影响等。为提高探测系统信噪比,对放大电路、补偿电路的带宽设计提出优化方法, 给出窄脉冲激光探测器的前级放大电路参数设计的依据, 并对探测电路优化及设计方法进行了详细论述, 为光电检测电路的设计提供了有效的设计方法。