红外光电探测及成像技术在卫星遥感、安全监控、仿生视觉、自动驾驶等领域具有广泛的应用。随着这些领域的深入发展,对光电探测及成像技术提出了更高要求。作为新兴的明星材料,二维材料具有丰富多样的光电特性,并且局域在其层内的电子-声子-光子相互作用,有助于实现优异的本征光电响应。另一方面,二维材料能够方便有效地与其他材料或人工设计结构耦合,并可被外场高效调控。因此,二维材料相比传统三维材料在器件设计、性能调控、应用多功能化等诸多方面具有更大的优势,在满足未来实际应用需求方面具有广阔的发展潜力。近年来基于二维材料的红外光电探测及成像技术吸引了广泛的研究,通过多种器件结构设计和外场性能调控,目前已经实现了宽光谱响应、高响应度、高探测率、快速响应的红外光电探测及成像器件,证实了其实际应用的可行性。但是,为了进一步推进二维光电探测及成像技术从实验室走向实际应用,还存在一系列需要考虑的复杂因素,包括光电响应的偏振自由度应用、大气环境下器件性能稳定性及强散射下目标物的清晰成像、室温环境下噪声的抑制和器件性能过度的温度依赖等问题。同时,二维材料晶体结构与光电性能的物理本质目前仍不够明确,光电性能调控与器件结构设计的内在联系仍有待深入研究,因此限制了二维光电探测器件的进一步发展,从而导致在复杂实际环境中二维材料红外光电成像的可靠应用仍然存在一定的挑战。针对上述问题和挑战,本论文围绕室温高性能二维红外光电探测及成像技术展开以下研究:（1）针对应力作用下晶格结构与载流子输运特性调控的联系仍不清晰的问题,利用飞秒脉冲激光形成的极大应力调控多层WSe2的晶格结构,材料内剪切力和范德华力的平衡诱导多层WSe2形成纽结晶格结构并产生极高的局域化应力,从而有效改变了其能带结构,载流子有效质量降低,室温下电子迁移率从861.9 cm~2V-1s-1提高为1805.3 cm~2V-1s-1,有助于提高光电探测性能。（2）针对晶格结构的对称性与光电特性对称性的联系仍不够明确的问题,通过施加单轴拉伸应力,深入分析应力作用下单层Mo S2晶格旋转对称性和镜面对称性的破缺规律,实现单层Mo S2面内偏振光电自由度的产生及调制,在4.5%应变下偏振比超过2。应力作用下光谱响应范围从可见光扩展至近红外,830 nm激发下响应度最高为1.7 AW-1。从晶格-能带-光电性能的关联性出发,为实际环境下二维光电探测及成像技术提供理论依据。（3）针对环境散射对实际探测及成像性能的影响,偏振光栅结构对器件集成密度提升的限制,以及目前基于二维材料的红外光电器件在强散射环境下的清晰成像仍未被实现等问题,利用二维Te的各向异性光学、电学、光电特性,设计了新型无光栅集成的红外偏振成像器件。光谱响应范围超过3μm,光电流的产生机制为光电导效应,且室温大气环境下器件性能保持稳定,3μm激发光下最高响应度为3.52×10~2 AW-1,最高探测率达到3.01×10~9 Jones。室温强散射光环境下实现目标物对比度增强的红外成像,2.3μm激发光下成像对比度从0.31提升为0.86,进而推进二维材料光电探测及成像技术从实验室走向实际应用。（4）针对器件室温下暗电流较高以及器件性能对温度的依赖,阻碍弱光环境下成像能力提升的问题,本论文从二维隧穿结耦合物理机制着手,构建Mo Te2/h-BN/Mo Te2/h-BN异质结结构,通过实验证实该异质结隧穿耦合机制为光生空穴主导的Fowler-Nordheim隧穿。利用隧穿机制抑制器件暗电流低于10-10 A,并减弱器件性能对温度的依赖,电导率随温度的变化率低于0.001 n S K-1。最终在室温弱光环境下实现目标物的清晰成像。相关研究结果为未来基于二维材料的光电探测及成像技术在弱光环境下的器件设计、性能提升提供一定的理论和实验基础。本论文针对实际应用环境中面临的挑战及问题,从二维材料晶格结构出发,基于晶格结构与光电特性的本质联系,通过合理设计器件结构,并分析光电响应的物理机制,构建满足实际性能需求的原型器件。通过验证器件的红外成像性能,本论文的研究为二维红外光电探测及成像技术的实际应用提供一定的理论和实验支撑。