红外光谱检测可以实现实时、原位的物质成分定量检测，为生物医学领域的发展提供了一种高效的分析测试技术。本文着力于提升和发展红外光谱检测技术及仪器，通过硬件优化、数字优化和片上集成微型化，提高了红外光谱检测性能和灵活性，降低了红外光谱检测的成本，扩展了红外光谱检测在复杂场景中的应用范围。
　　本文的主要研究内容包括：
　　1.红外光谱检测系统的硬件优化：(ⅰ)光源调制优化，利用扫描振镜，将光源调制和多通道扫描检测结合，实现了非色散红外检测的共光路结构，提高了调制效率；(ⅱ)液体探头优化，采用一体成型的玻璃探头，提高了液体红外检测的通用性和可靠性；(ⅲ)干涉图采样优化，提出基于等时间间隔硬件过采样的方案，实现了更高的采样频率，保证了干涉图采样的准确性。
　　2.红外光谱检测性能的数字优化：针对傅里叶变换光谱仪(FTS)中光通量与光谱分辨率相互制约的难题，提出一种数字光阑光谱还原方法，基于FTS中大孔径Jacquinot光阑(J-Stop)影响光谱性能的物理机制，通过数值迭代计算，有效消除了傅里叶变换光谱中的谱峰加宽和偏移变化，提高了光谱检测的信噪比(SNR)、光谱分辨率和波数准确性。此外，数字光阑光谱还原方法可以扩展到光栅型光谱仪中。
　　3.红外光谱检测器件的片上集成微型化：针对空间外差型FTS(SH-FTS)硅基光谱检测器件的性能限制和应用局限，基于硅基光子技术，提出两种新型片上傅里叶变换光谱技术：(ⅰ)片上傅里叶变换光谱的双偏振检测技术，利用矩形波导的双折射效应中正交偏振态的传播常数差异，加倍单个马赫-曾德尔干涉仪(MZI)中的光程差采样点，缓解了光谱性能与器件尺寸的相互限制；(ⅱ)片上傅里叶变换光谱的偏振无关检测技术，引入偏振无关的二维光栅耦合器作为系统光束入口，将入射光中相互垂直的偏振成分均耦合到波导的横电(TE)模式，由常规的偏振相关MZI阵列进行TE偏振光谱检测，实现了偏振无关的光谱检测。
　　本文的主要创新点包括：
　　1.提出了数字J-Stop光谱还原方法，首次突破了FTS光谱检测中光通量与光谱分辨率相互制约的瓶颈，消除了大孔径光阑造成的光谱加宽，并实现了光谱SNR提高2倍；
　　2.利用正交偏振态在矩形波导中的传播常数差异，提出了片上傅里叶变换光谱的双偏振检测技术，减半了MZI的数量，压缩了硅基SH-FTS的器件尺寸25%；
　　3.引入二维光栅耦合器，发展了一种偏振无关的片上傅里叶变换光谱技术，通过MZI阵列的双向光谱检测，保持了偏振成分光谱检测的一致性，消除了矩形波导双折射效应对硅基SH-FTS的偏振约束。