摘要:单光子雪崩二极管（Single-Photon Avalanche Diode， SPAD）是一种能够在低照度甚至单光子条件下实现光电探测的器件。凭借其体积小、易集成、灵敏度高及抗电磁干扰等优势，SPAD近年来在激光雷达探测、生物荧光寿命成像、光谱分析和量子通信等领域得到广泛的应用。文章首先介绍SPAD的工作原理、器件结构设计及其发展历程；接着针对光电探测应用，探讨SPAD设计与制造过程中需要关注的关键参数及其形成原理；最后分类介绍用于SPAD雪崩淬灭的淬灭电路设计方法。

摘要:为解决小像元行间转移电荷耦合器件（ITCCD）的电荷转换灵敏度低以及强光照射下出现的光晕问题，对行间转移CCD器件拓扑结构、像元抗晕结构、片上读出电路以及工艺等技术进行研究，设计并研制了一款高清行间转移CCD图像传感器，器件有效阵列规模为1 920×1 080元，像素尺寸为7.4 μm×7.4 μm。测试结果表明，器件突破了1.0 μm多晶硅栅长放大器设计及制作技术，器件电荷转换灵敏度可至22.4 μV/e^-，饱和电压输出为1 300 mV。为实现抗晕功能，器件采用了n型埋沟-鞍形p阱-n型衬底纵向抗晕结构，器件抗晕能力达200倍，可满足器件在复杂光照环境下高灵敏成像要求。

摘要:基于飞行时间法（ToF）的脉冲激光测距技术，凭借其脉冲宽度窄、峰值功率大等特性，已在非合作目标探测领域获得广泛应用。然而，现有基于阈值判别的测距系统仍存在以下技术瓶颈：1）回波光功率波动引起回波信号前后沿产生游走误差；2）波形抖动和时钟漂移引发测量数据异常波动或信号丢失；3）系统时延导致固定测量误差。针对以上问题，提出了一种基于双向卷积神经网络的ToF测距精度补偿方法，该方法首先通过双向长短期记忆网络的多层约束信息实现脉宽异常检测，继而采用一维卷积神经网络进行回归分析以实现自适应精度补偿。在4~110 m量程范围内重复测距实验中，系统测距偏差稳定在0.05~0.33 m区间，相较传统多项式拟合方法，测量精度提升率达72.5%，有效验证了所提方法的工程实用性。

摘要:设计并研制了一款低弥散内线转移电荷耦合器件（ITCCD）图像传感器，其有效阵列规模为2 048×2 048元，像素尺寸为9 μm×9 μm。为降低器件弥散，采取了以下关键设计：首先，设计了垂直CCD p阱结构，通过在垂直CCD埋沟周围形成阻挡势垒，有效抑制了光生电子扩散至垂直CCD；其次，在光敏区集成微透镜阵列，优化入射光的会聚效果，减少杂散光进入垂直CCD沟道的可能性；此外，在垂直CCD区域设计了挡光金属钨层，实现了对光敏区外垂直CCD的全面覆盖。经测试，该器件弥散性低达-82 dB，可满足器件正常使用要求。

摘要:在空间探索及高速目标识别等领域，要求CMOS图像传感器既能以全窗口维持宽视场成像，又能以高帧频针对感兴趣区域读出。然而，传统具有开窗功能的CMOS图像传感器只具备单窗口随机开窗功能，且帧频提升困难，难以适应目标跟踪、模式识别以及空间星敏感器系统的发展需求。针对以上问题，文章基于0.13 μm CMOS图像传感器专用工艺平台，结合高帧率与高分辨率，研制出支持随机开窗、抗晕、抗辐照等功能的CMOS图像传感器。该图像传感器采用滚动快门模式，有效像素阵列规模为1024×1024，光谱响应范围在400~900 nm，动态范围为68 dB，具备多窗口随机开窗功能和抗辐照性能。相较于传统CMOS图像传感器，所研制的可随机开窗CMOS图像传感器的帧率可随窗口尺寸动态调整，能捕捉快速移动的物体，防止物体出现模糊和减少运动伪影。

摘要:在单微腔光场非线性演化方程的基础上，推导了串联双微腔的演化方程，分析了两个微腔中色散情况相反时的腔内光场特征和初始脉冲对腔内光场的影响。理论分析结果表明，串联双微腔不仅增加了更多的参数选择自由度，还可以在两个微腔中分别输出具有不同特征的光频梳，从而显著提高微腔光频梳的产生和利用效率。通过调节初始脉冲的脉宽、幅值和相位可以控制腔内孤子的数量和位置。该研究工作对双微腔结构中稳定光孤子的产生和调制具有参考意义。

摘要:为实现高灵敏度的温度传感测量，提出一种基于片式封装的微纳光纤温度传感结构。分析不同纤径微纳光纤的光场能量分布及其布里渊散射谱，并依据多种声学模式的特性，利用有限元仿真得到微纳光纤在不同声波模式下的温度灵敏度；对封装结构与材料进行设计与分析，选择片式结构及PMMA材料封装，仿真得到封装后的微纳光纤的温度灵敏度最高为4.83 MHz/℃，相较于未封装时灵敏度提高了约363%，证明片式封装可有效提升微纳光纤的温度灵敏度。

摘要:随着电力系统智能化不断推进，新型电力系统对光学电场传感技术提出更高的要求。针对当前绝缘体上硅（SOI）基马赫-曾德尔干涉仪（MZI）型电场传感器存在线性工作范围窄、灵敏度不足等问题，提出利用非谐振态微环自身的相位响应补偿MZI三阶交调失真的优化方案。通过建立微环辅助MZI器件的理论模型开展结构分析，并基于Lumerical仿真平台进行光电耦合仿真验证微环结构的优化效果，最终选用两种典型电光聚合物完成器件制备。实验测试表明，采用狭缝跑道型微环结构的MZI传感器，相较于双微环辅助MZI结构，其线性范围提升77%，并采用高电光系数的电光聚合物后，灵敏度最高可达1.034 mV/（kV·m^-1），相较于未改进的传感器提升290%；交流响应测试显示该传感器拥有良好的电场跟随特性。通过理论建模、数字仿真与实验测试等研究方法，证实所提出的微环补偿机制可显著提升传感器的性能，为SOI光学电场传感器拓扑优化提供参考。

摘要:设计了一种基于错位保偏光纤-少模光纤的萨格纳克环级联光纤布拉格光栅高灵敏度双参量传感器，可实现对应变和温度的同步测量。首先将保偏光纤沿慢轴方向与单模光纤进行错位熔接，随后将其另一端与少模光纤熔接形成复合光纤结构。通过将复合光纤结构的两端连接到至3 dB光纤耦合器，形成萨格纳克环路，萨格纳克环与光纤布拉格光栅级联形成基于错位保偏光纤-少模光纤的萨格纳克环级联光纤布拉格光栅的传感探头。实验结果表明，萨格纳克环应变灵敏度可达19.14 pm/με，温度灵敏度为－1.5 nm/℃，光纤布拉格光栅应变灵敏度为1 pm/με，温度灵敏度为10.8 pm/℃。该传感器通过双参量灵敏度矩阵实现了温度与应变的同步测量，具有灵敏度高、结构紧凑的技术优势。

摘要:利用SolidWorks软件构建了原子层沉积反应腔室的三维模型，并利用ANSYS Fluent流体模块对乙硅烷（Si₂H₆）和六氟化钨（WF₆）两种前驱体在反应腔室内的分布特性进行了数值模拟分析。模拟结果表明，前驱体在腔室内的分布均匀性与脉冲时间、腔室压强及温度密切相关：脉冲时间越长、腔室压强越低、腔室温度越高，前驱体的分布均匀性越好。在优化条件下，即腔室温度为250 ℃，载气流量为20 sccm，乙硅烷和六氟化钨的腔室压强分别为20和15 Pa，脉冲时间分别为30和35 ms，两种前驱体在腔室内的质量分数分布达到一致，实现了均匀分布。基于模拟数据，在玻璃衬底上成功制备出钨薄膜，并通过原子力显微镜和扫描电子显微镜对薄膜进行了表征。结果表明，所制备的薄膜具有较低的表面粗糙度和良好的厚度均匀性，验证了模拟结果的可靠性。

摘要:研究了多晶硅/硅发射极结构光敏晶体管的制备工艺。为分析多晶硅/硅界面质量对芯片性能的影响，通过对比低压化学气相淀积（LPCVD）多晶硅前不同表面预处理方案（RCA清洗和稀释氢氟酸漂洗）以及多晶硅淀积后不同温度退火工艺，系统研究了光敏晶体管直流增益（hFE）和发射极接触电阻（r_e）的变化情况。实验结果表明，采用稀释氢氟酸漂洗工艺可有效降低增益对偏置电压的敏感性；适当提高退火温度（900~1100 ℃）能够使发射极接触电阻率降低，同时显著改善芯片关键性能参数的一致性，但会导致峰值电流增益降低。该研究为优化光敏晶体管界面工程提供了重要工艺参考。

摘要:设计并研究了一种包层采用三层矩形空气孔结构的新型光子晶体光纤。通过有限元法建模并优化确定了该光纤的最优结构，进一步分析了其在1 300~1 700 nm波长范围内的关键光学参数。结果表明，该光纤在此波段内可支持46种轨道角动量模式的稳定传输，且相邻模式间的有效折射率差均大于1×10^-4。此外，模式纯度均达到98.8%，有效模场面积均大于6.4×10^-11 m²，非线性系数均低于2.24×10^-3，数值孔径最大值为0.1180。与现有光子晶体光纤相比，该设计具有传输模式数量多、传输损耗低、材料易获取等优点，表明其具备在未来大容量光纤通信系统中的潜在应用价值。

摘要:光学衍射极限使得显微成像分辨率被限制在半波长量级。基于稀疏约束鬼成像的超分辨荧光显微技术（Nanoscopy based on Ghost Imaging via Sparsity Constraints，GISC-Nanoscopy）采用随机相位调制器对荧光信号进行空间分散，导致所采集图像信噪比降低。针对传统GISC-Nanoscopy存在信噪比不足问题，提出在系统中引入超瑞利散斑调制，利用超瑞利散斑统计分布的衰减速率较传统负指数分布更快的特性，使信号能更集中且空间对比度更高。经优化后的系统可生成对比度超过1的超瑞利散斑，相较于传统GISC-Nanoscopy系统，改进系统采集的荧光信号信噪比提升超过5 dB，重构图像归一化均方误差降低30%，单分子定位精度提高3 nm。

摘要:针对钢材缺陷特点及当前分类算法对复杂模型与非启发式注意力机制的依赖，提出一种基于卷积块注意力模块（Convolutional Block Attention Module， CBAM）混合注意力架构的钢材表面缺陷分类算法（Multi-Attention based Classification Method， MACM）。首先，通过灰色关联度分析实现启发式通道注意力，增强算法可解释性并缓解层间信息丢失对通道注意力判定的影响。其次，采用紧凑双线性池化实现空间特征融合，增强抽象特征之间非线性复杂交互信息的捕获。最后，基于CBAM架构实现通道和空间注意力的结合。实验结果表明，MACM算法在实现较好性能的同时相较现有SOTA算法更为轻量，验证了MACM算法在提升分类准确性、降低模型复杂度方面的有效性。

摘要:为解决模拟移动前传（A-MFH）中采用强度调制直接检测（IMDD）光链路所面临的额外能源消耗、固有的低链路射频增益和较高的多波长信道串话干扰等问题，提出一种基于马赫-曾德尔干涉仪（MZI）的相位调制直接检测（PMDD）光链路方案，以取代传统IMDD。该方案在光发射机中使用光相位调制（PM）取代强度调制（IM），在光接收机中利用非平衡的MZI获得宽带、高线性的PM到IM信号转换，从而实现光接收机中相位信息的直接检测。大量数值仿真结果表明，当A-MFH中12路100 MHz 64QAM-OFDM信号经过20 km标准单模光纤同步传输时，与IMDD光链路相比，基于MZI的PMDD光链路中光接收机灵敏度获得了4.2 dB的提升。同时，通过适应性功率分配，有效补偿了整个系统的频率响应滚降效应，从而平衡12个信道之间可实现的性能。

摘要:电子轰击型有源像素传感器（Electron Bombarded Active Pixel Sensor，EBAPS）作为一种数字化微光成像器件，以其成像系统具有小型化、低成本和低功耗的优势，以及在昼夜条件下连续拍摄时具备清晰成像的能力，成为微光成像领域的研究热点。文章基于国产某型EBAPS微光器件，利用FPGA作为核心处理器，完成了EBAPS器件驱动电路、图像处理和跟踪电路、显示电路的设计。同时，构建了满足昼夜复用的光学系统，搭建了一种小型化的手持成像跟踪系统。实验结果表明，该EBAPS昼夜成像系统可在1×10^-4～1×10⁴ lx照度条件下实现良好的成像和跟踪效果。

摘要:随着三维成像技术的迅速发展，单光子激光雷达已成为高灵敏度遥感和精密成像领域的关键技术之一。然而，在远距离扫描条件下，传统成像技术常因采样率和分辨率的限制无法提供高质量的三维图像。因此，开展基于压缩感知单光子激光雷达的研究，为准确模拟该系统在不同场景中的探测效果，文章提出一种结合物理模型和二项采样过程生成回波光子数据的方法，并通过改进的TVCS算法实现低采样率下目标三维图像重建。仿真和图像重建结果表明，结合压缩感知理论和单光子探测技术的激光雷达系统，能够有效降低光子采集量并缩短成像时间。与传统的OMP算法和TVAL3算法相比，所提算法在采样率显著降低时，仍保持更优的峰值信噪比和均方根误差，展现出较好的图像恢复效果。这一研究成果不仅为单光子激光雷达技术在低光子采样条件下的应用提供了新的方法论支持，也拓宽了压缩感知理论在实际成像系统中的应用范围。该方法通过将SPAD探测器的测量与光学系统的参数联系起来，利用光子到达的概率分布对成像过程进行描述，从而模拟出单光子数据构建的直方图。基于所生成的数据，在单像素成像的基础上利用时间相关单光子计数器获取飞行时间信息，从而提高单点探测的横向分辨率并提供场景的深度。

摘要:噪声系数与二阶谐波抑制比是衡量微波光子链路性能的关键指标。噪声系数表征信号信噪比的劣化程度，主要受激光器相对强度噪声、探测器散粒噪声以及电路热噪声影响；二阶谐波抑制比（2nd-HD Suppression Ratio，2HD）反映系统抑制非线性失真的能力。针对直调微波光链路性能优化问题，提出了基于偏置点调控的双目标优化方法。通过建立直调光链路传递模型，对器件参数与链路性能之间的映射关系进行理论分析。实测对比了不同直调激光器输出光功率条件下，链路噪声系数和二阶谐波抑制比。结果表明，在直调激光器线性工作区内，保持链路增益稳定，将1 550 nm激光器输出光功率降低3 dBm可使噪声系数改善2.6 dB，而2HD恶化2.44 dB。研究表明，噪声系数与谐波抑制比存在制约关系，需根据实际应用需求合理选择最优偏置工作点，这为直调链路在通信、雷达及传感系统中的自适应优化提供了理论依据。

摘要:分布式光纤声波传感系统（DAS）已被证实能够实现被动、广覆盖且高空间分辨率的车辆检测与定位，其无需现场部署传感器设备的特点使其具备显著的成本优势。然而，基于DAS的车辆检测系统在实际应用中容易受到环境噪声和系统衰落的影响。针对该问题，提出一种多尺度上下文对抗生成式网络（MCGAN），该网络通过多尺度空洞卷积提取特征，有效整合不同尺度的层次化信息，从而显著提升模型的去噪性能。实验结果表明，MCGAN不仅能抑制环境噪声和衰落噪声，还能较好地保留车辆信号，尤其在低速小型车辆信号的检测中表现优异。

摘要:针对现有关联成像图像重构算法难以兼顾重建能力和适用性，提出一种基于即插即用交替方向乘子法（PnP-ADMM）框架的快照式关联成像图像重构算法。该算法通过模拟化架构设计，允许灵活嵌入先进去噪先验模型，在低采样率和高采样率条件下均显著提升重建效果。当采用深度卷积神经网络FFDNet作为去噪器时，成功融合了模型驱动和学习驱动方法的优势，克服了传统压缩感知与深度学习方法的局限性。实验结果表明，与基于全变分和低秩约束的TVNLR相比，PnP-ADMM（FFDNet）重构结果的峰值信噪比提升超过2 dB，结构相似性提升超过0.15，在抑制重构噪声的同时保留了图像细节。

摘要:交通标志识别技术作为自动驾驶系统的核心组件，在保障行车安全方面具有重要作用。为改善不良光照场景下交通标志的自动识别效果，提出了一种基于改进NanoDet的交通标志识别算法。该算法以NanoDet模型为基础，首先，在主干网络集成SSM模块与CBAM注意力机制，有效提高模型在不良光照场景下的识别精度；其次，构建加权双向特征金字塔网络强化多尺度特征融合；最后，将AGM模块中的标准卷积替换为深度可分离卷积，在保证感受野的同时显著降低模型参数量。基于扩充版CCTSDB数据集的实验表明，该算法在保持138.2帧/s实时处理速度的前提下，识别精度为90.2%，相较基准模型提升4.7个百分点。

摘要:针对微通道板光子计数成像探测器输出光电子脉冲幅值提取精度不足的问题，文章系统研究了合成成形法参数与脉冲信号幅值精度的相关性。基于反褶积技术和冲激响应不变法原理，提出一种适用于光电子脉冲信号的准高斯合成成形方法。仿真结果表明，当输入信号白噪声标准差为0.1时，随着成形宽度参数的增加，提取幅值的标准差降低至0.02，证实该方法有效提高了脉冲幅值测量精度。通过建立脉冲识别阈值与漏记率、误判率之间的关系模型，对探测器测量光电子脉冲进行幅值提取比对。实验结果表明，相较于Sallen-Key成形法和直接幅值提取法，合成成形法的测量结果与真实幅值分布的吻合度更高。该方法为实现更高分辨率的光子计数成像应用提供了一种新技术路径。

摘要:针对现有YOLOv7模型在洗手动作检测中存在的检测精度低、抗环境干扰能力弱、相似动作区分度低等问题，提出一种基于改进YOLOv7的CCL-YOLO目标检测算法。该算法通过引入增强型轴向局部注意力机制，有效增强模型对长距离上下文信息的捕捉能力；采用CARAFE算子代替原算法的最近邻插值上采样方法，实现更高效的内容感知与特征重组，在并未增加模型参数的情况下显著提高对动作检测的精度；通过将SPPCSPC模块优化为SPPFCSPC结构，在保持相同感受野的前提下，检测精度提高了2.9%，帧速率提高了10；设计轻量级自适应解耦检测头代替传统耦合检测头，有效缓解了检测任务的训练难度，在损失2%检测精度的情况下，召回率提高了7.6%，mAP@0.5值提高了2%。在自制数据集上进行对比实验，结果表明改进算法平均精度mAP@0.5达到81.2%，相比于YOLOv7算法检测精度提升7.2%，精确率和召回率分别提高2.9%和11%，能有效满足实际洗手动作检测需求。

摘要:针对食品色选以及医疗成像的应用，设计了一款适用于短波红外InGaAs焦平面的高行频高灵敏度1 024×1元线列读出电路。读出电路输入级采用CTIA结构，具有较高的注入效率，针对微光、强光等不同应用场景，设计四档积分电容，其中最高增益档积分电容为10 fF。研究单元电路输出级瞬态响应，优化开关管尺寸、设计高带宽运放以减小关键节点时间常数，进而降低输出级运放噪声，提高动态范围。优化读出电路版图电源网络，抑制功耗过高引起的压降问题。经标准CMOS 0.18 μm工艺开展读出电路加工，并与像元中心距12.5 μm光敏芯片匹配耦合，读出电路采用边积分边读出工作模式。结果表明，1 024×1元线列焦平面功耗为118.8 mW，动态范围为71 dB，积分电容为10 fF档位时噪声小于3.13 mV，实现了40 kHz超高行频读出。

摘要:针对货车盲区覆盖范围大、场景背景复杂、目标多尺度变化显著，以及传统检测方法存在漏检率高、特征表征能力不足等问题，提出了一种改进YOLOv8n盲区目标检测算法。该算法通过以下三个层面进行优化：1）在主干网络嵌入混合局部通道注意力模块（MLCA），提升网络局部空间特征提取能力；2）采用尺度序列特征融合模块（SSFF）融合图像多个尺度的深层语义信息，结合三重特征编码模块（TFE）完成局部细节增强；3）采用Inner-CIoU作为边框损失函数，提高边框检测精度。实验结果表明，在自建货车盲区多目标数据集上，改进算法的平均检测精度提升了3.14%，显著降低了复杂场景下的漏检率与误检率。

摘要:CMOS图像传感器（CIS）在辐射环境中应用时会遭受辐照损伤。在空间辐射或核辐射环境中CIS遭受的辐照损伤效应主要包括电离总剂量效应、位移效应、单粒子效应。目前国内外的研究主要通过开展CIS不同辐射粒子或射线辐照试验来评估CIS在不同辐射环境下的辐照损伤效应，因此，建立CIS辐照损伤效应试验方法对准确评估其辐照损伤具有重要意义。文章主要从辐照试验源选取、试验流程、辐照偏置条件、试验要求等方面研究了CIS电离总剂量效应、位移效应、单粒子效应辐照试验方法，从而形成CIS辐照损伤效应试验方法，为开展CIS辐照损伤评估和抗辐射加固性能考核提供了试验技术支持。