热释电探测器作为一种响应速度较快的非制冷型红外探测器件,在热红外探测领域有较大的应用潜力。锰离子掺杂的弛豫铁电单晶(Mn:（1-x）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-x Pb Ti O3)室温下具有优异的热释电系数、较低的介电损耗,能提高器件的探测能力,有望成为高性能商用热释电探测器的核心灵敏元材料。本工作以1 mol%Mn离子掺杂的0.72PMN-0.28PT单晶（Mn:PMNT）为研究对象,探究了提高其综合热释电性能的后处理方法,进一步设计并制备了补偿型探测器,并进行了非分散红外原理的气体浓度探测应用。根据Mn:PMNT单晶随温度的铁电相变规律,探究了不同温度和直流电场强度极化条件对铁电畴、相结构以及进一步对综合热释电性能的影响。通过在略低于三四方相变的温度,在自发极化方向<111>对晶片进行升温极化,可以较好地实现单畴化,获得更高的热释电系数、更低的介电损耗以及更优的探测优值。接着,从单晶到探测器制备必须经过的减薄工艺入手,探究了表面损伤层对灵敏元性能的影响。将Mn:PMNT单晶的厚度从500μm最低减薄到16μm,通过化学机械抛光将热释电晶片表面粗糙度从机械研磨后的31 nm RMS降低到551 pm RMS（5.0μm×5.0μm面积）。表面经过机械研磨的晶片由于表面损伤层的影响,随着晶片厚度的减小,自发极化强度变小,介电常数和介电损耗都显著变大,且在相变温度附近的介电峰变得愈发宽而低矮。利用电介质分层模型分析了表面损伤层对不同厚度晶片的性能影响机制。用机械研磨减薄晶片并用改进的化学机械抛光法去除表面损伤层,保证了高热释电性能单晶灵敏元的稳定、大量制备,为制备高性能的热释电探测器提供了保障。分析并完善了基于Mn:PMNT单晶电流模式和电压模式热释电探测器红外响应和噪声机制的理论模型,模拟仿真了厚度为25μm的热释电晶片在不同频率下对热辐射的热释电响应。从前置放大电路和工作频率角度提出了实现Mn:PMNT热释电探测器较高工作性能的思路。制备了Mn:PMNT电流模式探测器,在同样窄带滤光片下测得电压响应率为钽酸锂热释电探测器的4.4倍,比探测率为其6.9倍。设计并制备了Mn:PMNT补偿型热释电探测器,与无补偿探测器相比,10 Hz处的响应电压幅值差异小于3%,意味着补偿元对红外辐射响应的影响较小。补偿型灵敏元的电容相对无补偿灵敏元发生变化,模拟得到补偿型探测器比无补偿探测器的噪声水平略高。响应率Rv达到769466 V/W,比探测率D*达到1.15×109 cm Hz1/2W-1。整体而言,补偿型探测器与无补偿探测器相比,具有同等水平的探测性能。从热传递角度表征了补偿元的热补偿作用,与无补偿探测器对比,在遇到环境干扰或者处于不同环境温度中时,表现出更好的温度稳定性。以Mn:PMNT单晶双通道补偿型电流模式探测器为核心,搭建了基于非分散红外技术的CO2和CH4气体探测模块,用标准气体在不同温度下对模块进行了标定,并用公式对模块进行了零点漂移和温度漂移校准,确定了适用于不同温度的气体浓度反演公式,普遍提高了探测精度。标定了CO2和CH4混合气的交叉干扰,两种探测器分别对另一种气体有微弱的响应,可以利用标定数据结果进行校准消除干扰,提高测试精度。