基于斯特林技术的千瓦级热管反应堆实验（Kilowatt Reactor Using Stirling Technology，KRUSTY）开展了目前国内外唯一完成且公开发表的热管冷却反应堆带核实验，实验开展的工况包括冷态启动、负载变化、热管失效、反应性引入及热阱丧失事故等，这些工况下的带核实验数据对于热管堆瞬态分析程序的验证至关重要。本文自主研发了适用于热管反应堆的瞬态分析程序TAPIRS-D，采用KRUSTY带核实验数据对该程序展开了验证，对实验开展的冷态启动、负载变化、热管失效、反应性引入及热阱丧失事故进行了模拟计算和对比。验证结果表明：TAPIRS-D程序计算结果与实验数据符合较好，各工况下模型计算燃料温度的最大相对误差小于2%，整体功率的计算平均误差小于10%，预测的堆芯功率与温度瞬态响应与实验数据趋势符合一致，验证了TAPIRS-D程序的准确性与可靠性。本文研究可为其他新开发的热管堆热工安全分析程序的验证工作提供参考。

激光光束整形技术在现代激光工业领域具有重要作用，为了克服传统激光光束整形自由曲面构造中存在法向矢量偏差的局限性，文中提出一种正交双向迭代的自由曲面设计方法。该方法基于能量守恒和斯涅尔定律建立光源与目标面的能量映射关系，通过正交方向坐标点迭代获得自由曲面数据点，同时利用相邻坐标点的均值进行曲面法向矢量修正，从而提高自由曲面的构造精度。设计实例表明，准直入射的激光光束经自由曲面整形反射镜，在特定目标区域内可形成高均匀度光斑。进一步从自由曲面的连续性、拟合精度与面形误差三个方面，与传统设计方法进行了详细对比分析。结果表明，所提设计方法得到的激光光束整形自由曲面连续性与平滑度更好，拟合精度更高；且在加工误差允许范围内，目标面的辐照度均匀性更稳定。

近红外光驱动的太赫兹调制器是太赫兹/红外光纤混合通信系统中的重要组成部分。这里提出了一种基于银纳米颗粒/碳量子点（Ag NPs/CDs）近红外驱动的太赫兹调制器。实验结果表明，银纳米颗粒（Ag NPs）与碳量子点（CDs）的结合会引起纳米颗粒的量子尺寸效应和介电限域效应，利用Ag NPs/CDs可以增强硅基底对近红外光的吸收，从而实现近红外驱动的太赫兹波调制。通过808 nm的近红外调制激励源，对样品进行了0.22~0.33 THz范围内的太赫兹透射特性的表征，与参考硅基片相比，Ag NPs/CDs近红外太赫兹调制器的调制深度可以达到83%左右，显著高于参考硅基片的调制深度（~54%），实现了大调制深度的太赫兹波调制。本研究工作在太赫兹/红外光纤混合通信系统中拥有重要的应用价值。

高通量制备与表征对将材料基因组方法应用于先进材料研发制造实践起着关键作用。针对基于材料基因工程的高通量实验技术应用，采用透射式太赫兹扫描成像方法，对样品密度为144个/片的铜合金薄膜材料芯片进行了高通量电导的快速、微区检测。基于Tinkham薄膜透射方程及Fresnel公式的太赫兹光谱成像表征技术，对不同组分含量铜合金薄膜的太赫兹测量结果与四探针测量数据比较，具有一致的趋势。通过太赫兹成像可以进行同一基底上 144个高通量组合铜合金样品点电导的半定量比较。对代表性样品点的电导变化趋势与合金组分含量变化趋势，以及微观组织形貌进行分析比较得到相关对应关系，显示出太赫兹检测方法用于微区高通量金属薄膜电导表征方面的巨大潜力，显著提升研发效率。

为提高扫描干涉光刻机的加工效率和加工精度、扩大加工范围、降低维护成本，提出了一种可实现干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统方案，并着重介绍了最为关键的恒光强干涉条纹相位锁定系统的设计。首先，介绍了扫描干涉光刻中干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统原理方案，并设计实现了恒光强外差声光移频式干涉条纹相位锁定控制系统。然后，分析了控制系统理论模型，对系统实际模型进行辨识和高阶线性拟合，并设计了系统控制器。最后，在该控制器的基础上开展了调试和条纹锁定控制。实验结果显示，开启条纹锁定控制后，100 Hz以下的低频扰动成分受到明显抑制，干涉图形相位锁定的残余误差为0.069 3 rad（3σ），即相位变化小于±0.01个干涉条纹周期；光束偏移调控误差达到100 μm时，干涉条纹锁定性能仍能保持稳定。该系统不仅可实现不同干涉姿态下干涉条纹的高精度锁定，还具有较大的光束调控误差裕度，满足干涉条纹周期、方向和相位同步实时控制的扫描干涉光刻机的需求。

面向浸没式光刻机双工件台的超精密位置测量应用需求，提出了一种超精密空间分离式外差利特罗平面光栅编码器位移测量系统。给出了测量系统的原理与方案设计、系统各部件的设计及制造、编码器测量原理推导及实验验证等。所设计平面光栅编码器位移测量系统的相位卡的细分率为4 096，测量分辨率为x50 pm/z25 pm。实验结果表明：该平面光栅位移测量系统可实现x向和z向位移的同时测量，z向运动行程为±1 mm，满足光刻机双工件台的垂向调焦需求；R_x/R_y/R_z单轴转动或三轴联合转动极限转角为±1.5 mrad时，交流信号质量仍然满足测量要求，光刻机双工件台的R_x/R_y/R_z的调平转动满足需求。所设计的平面光栅编码器位移测量系统能够实现光刻机双工件台相应的测量功能且具有较高的性能指标。

利用图像传感器的成像灰度实现位移测量，需要在位移过程中用相机对靶标进行成像，进而建立位移值与成像灰度值之间的映射关系，即成像灰度模型，该方法的测量精度取决于成像灰度模型与灰度噪声水平。实际测量过程中，光照不均匀、靶标制造误差、相机成像系统畸变等外部误差源以及内部不同图像传感器单元之间成像特性的差异性均会使成像灰度模型偏离理想情况，从而影响测量结果。为了进一步提高测量精度，所提方法考虑了上述的非线性因素带来的建模误差，采用Fourier级数与高阶多项式结合构造成像灰度模型类，提高模型的泛化逼近能力进而提高建模精度，校正上述误差源导致的灰度畸变。在此基础上，采用基于位移连续性原理的顺序求解法解算位移，实验结果显示，使用该改进模型在10.46 mm行程下的位移测量误差标准差由校正前的56.4 μm降低至1.5 μm。