原子气室作为量子仪表的核心部件, 其稳定性和寿命是决定量子仪表长期可靠工作的主要因素。在制备原子气室过程中, 玻璃高温熔接产生的残余应力会影响气室的力学特性及光学性能, 应力过大将导致气室在加工过程中发生炸裂, 并在后期应力释放过程中出现裂纹, 造成气室失效。测量和消除原子气室玻壳残余应力对提高原子气室的寿命和可靠性有重要意义。利用双折射应力测量仪对原子气室玻壳应力分布进行无损测量, 测量结果具有良好的一致性和重复性。经过退火处理后, 5支玻壳的应力最大值、平均值和标准差的平均值降幅分别达到81.35%、75.67%和77.32%, 表明消除应力取得了良好的效果。

为实现远距离、高灵敏的三维成像,开展了光子计数计算鬼成像研究。通过振幅型空间光调制器,实现了基于离散余弦变换矩阵和Walsh变换矩阵作为测量基的结构光照明,采用单光子探测技术实现了700 m距离、高灵敏的三维成像。对比研究了快速傅里叶变换算法和迭代优化算法的重建结果。研究表明,相同采样率时,离散余弦测量基作为观测矩阵时重建图像的误差比Walsh观测矩阵小,但Walsh观测矩阵重建图像的分辨率更高。计算鬼成像分辨率理论上不受接收镜头衍射极限限制,但实际受接收镜头集光效率、单光子探测器计数率、积分时间等影响,本文搭建的实验系统实现了成像分辨率达到接收镜头瑞利衍射极限分辨率2倍的成像结果。光子计数计算鬼成像无需转台或扫描镜等移动部件,具有弱光条件下凝视远距离目标并进行三维成像的能力。研究方法对基于光子计数的单像素成像技术和计算鬼成像技术研究具有一定参考价值。

远距离高精度的距离测量和目标定姿是航天遥感、目标识别、导航控制等领域的关键技术。从理论和实验上研究了利用热光二阶关联在深菲涅耳衍射区进行测距的方法,测距的精度优于0.5 mm,并采用原理证明模拟实验验证了利用该测距方法实现测姿的可行性。此方法可作为传统激光测距技术的补充,并可以实现远距离高精度测距。此方法具有可利用恒星等自然光源实现测距与测姿以及对能量等资源需求较少的优点,为卫星定位等空间测距需求提供了一种新的解决方案。

搭建了远距离、高分辨率单像素成像实验装置，完成了白昼时段水平34 km距离、分辨率0.8 m的自然目标的单像素成像。单像素成像测量基采用多尺度排序的Hadamard矩阵，调制后经两个光电探测器进行差分来实现Hadamard调制测量，利用压缩率25%的测量信号和快速Walsh变换算法，实现了成像速度2帧/秒@128 pixel×128 pixel。定义了一种人机交互的信噪比评价方法计算重建图像质量，研究了单像素成像积分时间与图像质量关系，评价结果与视觉效果相符合。提出的单像素成像方案在低成本的远距离红外成像方面有潜在应用价值。

利用时间分辨光谱技术, 研究了激光诱导Cu等离子体中激发态4d′ 4F9/2的形成及其辐射跃迁的瞬态特性。结果表明: 电子离子复合、粒子间碰撞、自蚀吸收等过程在等离子体不同演化时刻, 对激发态4d′ 4F9/2原子的制备起着不同作用。粒子间碰撞作用剧烈时, 激发态4d′ 4F9/2原子以相同几率向低能态4p′ 4Do7/2及4p′ 4Fo9/2跃迁转移能量; 等离子体辐射约500 ns后, 粒子间相互作用变弱, 激发态4d′ 4F9/2原子主要通过辐射谱线Cu Ⅰ 359.91 nm转移能量。

利用数值模拟方法,研究波长1 064 nm、脉冲宽度介于1～20 ps的激光在刻蚀铜靶时,单次脉冲作用下非平衡场刻蚀和热平衡刻蚀两种机制的竞争过程.结果表明:随着脉冲宽度的增加,刻蚀过程由非平衡电荷分离场刻蚀占主导地位转变为热平衡刻蚀起主要作用,且脉冲宽度和激光峰值功率密度增大到一定程度后,各种电子加速机制在不同时刻开始突显,电子能量分布出现多峰结构.在能量密度为15 J/cm2的激光作用下,1和5 ps脉宽对应的非平衡场刻蚀深度分别为110和101 nm,10和20 ps脉宽分别为25和18 nm.