位置敏感探测器（Position Sensitive Detector——PSD）是一种基于半导体pn结横向光电效应的光电器件，它能连续地检测入射光斑的重心位置。具有分辨率高、响应速度快、信号处理相对简单、检测位置的同时还能检测光强等优点，适用于位置、距离、位移、角度以及其他相关物理量的精密测量。本文围绕如何提高PSD的线性度这个中心，系统深入地研究了PSD的理论、结构设计、制作工艺、信号处理以及应用等问题。 本文在综述国内外PSD的研究发展状况、阐明本文选题依据之后，首先研究了PSD有关的理论问题。从Lucovusky方程出发，以一维PSD为模型，结合器件工作条件，求解了Lucovusky方程在多种不同条件下的解析解，重点讨论了一维PSD的位置线性条件和响应特性，并讨论了PSD的主要性能参数以及影响这些参数的主要因素。这些为高性能PSD器件的设计和制作提供了理论依据。 从优化结构设计的角度研究了提高一维PSD线性度的问题。提出了梳状结构一维PSD的设计原理，首次理论分析了该结构的工作原理和特性，并实际制作了1mm×8mm器件，对器件性能参数进行的测试结果表明，所研制的梳状结构一维PSD具有良好的性能，尤其是具有优良的线性度，均方根非线性0.1％，典型位置误差±5μm，该性能参数达到国内领先水平。 深入研究了如何提高二维PSD线性度的问题。首先理论分析和计算了四边形结构二维PSD的场分布，首次得到了输出电流表达式，并进一步计算了它的非线性分布，所得结果与实验完全符合，从而揭示了引起该结构PSD非线性的真正原因。在此基础上，提出了一种可以有效减小该结构PSD位置误差的系数修正方法，并开发了基于该方法的适用于任意尺寸四边形结构PSD的信号处理器。实验结果表明：使用该处理器后，使该结构PSD（光敏面为13mm×13mm）的典型位置误差由原来的±1010μm减小到±20μm，实现在60％有效光敏区域内均方根非线性小于0.15％，这是目前国内外有关二维PSD位置误差的最好结果。采用类似的理论计算方法得到了四边形结构改进型PSD和带边框电阻条的方形结构PSD的电流－位置关系，分析了这两种结构PSD的非线性分布。此外还对具有良好线性度的枕形结构二维PSD进行了研究，给出了Gear定理的一种证明，根据Gear定理设计并制作了8mm×8mm枕形结构二维PSD。 首次用有限元方法研究了PSD结构对PSD线性度的影响。提出了一种PSD物理模型，利用该模型计算了带电阻边框型（方形和枕形）PSD结构、四边形PSD结构和一维PSD结构的电流－位置关系，所得结果与已有实验结果完全吻合。得到了具有实践指导意义的线性PSD结构重要参数和应用数据。该研究为PSD器件复杂结构设计提供了一种切实可行的数值模拟和计算方法。 对PSD的信号处理技术进行了研究，分析计算了PSD及其应用系统的噪声，研制了基于单片机的一维和二维PSD的倩号处理器。与一般的PSD信号处理器相比，该处理器具有精度高、能实时显示测量位置、可适用于不同大小和不同结构的PSD等优点。 本文最后研究了将PSD应用于水准测量的有关问题，设计了一种基于PSD的数字式光电水准仪，具有结构简单、精度高、可以同时测量倾角和方位等特点。该成果已经申报实用新型专利。