原子磁强计以其高灵敏度和成本低等优势受到了越来越多的关注，如今，进一步提高原子磁强计的芯片集成度已成为主要趋势，因为它有利于生物磁性测量与成像。但是，目前实现原子磁强计小型化的主要障碍是微加工原子气室的光学元件分立。鉴于此，笔者提出一种基于新兴超表面的超紧凑片上原子气室方案，该方案将超表面与各向异性腐蚀的单晶硅相结合，在保证高灵敏度的同时提高了原子气室的集成度。该方案能够对圆偏振入射光束进行光路操纵，效率可达到80%。超表面采用厚度为500 nm的硅设计而成，可以通过基本的微加工工艺直接在原子气室上制造。所设计的新型原子气室具有集成度高、可大批量制造的优点，为未来生物磁性传感系统的发展提供了参考。

采用355 nm全固态紫外纳秒脉冲激光器对蓝宝石（Al₂O₃）进行打孔实验。通过控制变量法，对蓝宝石样品进行了打孔加工，研究了激光能量密度、重复频率和扫描速度对蓝宝石通孔质量的影响。实验结果表明，通孔边缘熔融物堆积形成的重凝区随着激光单脉冲能量的升高而减小，但是激光能量过高时，通孔附近出现沉积物，影响通孔的质量；通孔边缘的重凝区随着激光重复频率的降低而减小；通孔附近的沉积物随着激光扫描速度的降低而减少，但是速度过低时，激光脉冲的重叠率过高，导致高斯激光外围孵化效应明显，且其能量不足以使材料气化，因此扫描速度过小时孔道边缘再次出现熔融物堆积形成的重凝区。研究结果表明，采用纳秒脉冲激光加工高质量蓝宝石微通孔是可行的。

针对紫外、可见、红外等激光器输出功率测试需求, 提出一种由传热体、吸收层、绝缘层和热电偶构成的热电堆型激光功率计。结合热效应和塞贝克效应理论, 采用 Solidworks三维设计软件构建不同关键结构尺寸的模型, 通过 ANSYS Workbench仿真软件建立了热电耦合仿真分析模型, 分析关键结构尺寸参数对输出电压以及温度分布的影响关系。采用机械加工、镀膜和喷砂工艺设计热电堆型激光功率计, 设计封装结构和电路补偿对输出电压进行放大和校准, 结果表明, 传热体厚度、热偶条对数和长度都是影响激光功率计输出电压的关键性因素。

介绍了激光射线在吸收介质中的衰减模型，通过射线功率、透镜表面温度分布、热力学性质、沉积功率、透镜折射率变化等仿真计算，分析了半导体加工过程中由光学元件吸热导致的透镜聚焦径向位置变化，通过仿真计算得出输出功率为20 W的紫外激光精细加工设备的径向聚焦位置偏移为14 μm，并且通过激光加工实验、激光共聚焦显微镜观测、台阶仪测量等方式验证了仿真分析结果，对激光加工在半导体行业中容易忽视的问题进行了比较全面的分析论证。

利用355 nm全固态紫外激光对硼硅玻璃进行了直写刻蚀实验，采用单一变量法探究了激光能量密度、重复频率、扫描速度、扫描间距、扫描次数对刻蚀结果的影响。研究结果表明，激光能量密度过大时，玻璃易发生严重的崩边裂损现象; 等离子体屏蔽效应随激光能量密度的增大而增强，刻蚀深度减小; 随着重复频率的减小，通道边缘碎裂的现象减轻，刻蚀深度增大; 减小扫描间距可有效改善沟道底面的平整度; 刻蚀深度随扫描次数的增多而增大，同时沟道锥度增大。在较优的加工参数下，实现了宽度为84.8 μm，刻蚀深度为178 μm，底面较平整，沟道垂直度达89.580°的L型微通道的直写刻蚀。

为提高红外甲烷传感器的精度，对气室结构、电路和数据处理进行了优化设计。通过实验和光学仿真对红外气体传感器气室结构进行了重新优化设计，确定了最佳尺寸；采用三级差动放大电路设计滤除噪声；在数据处理的算法上，选用二次插值查表法来拟合方程处理数据等一系列举措设计出新的红外甲烷传感器。在甲烷浓度为0%~3%的体积分数段内对传感器进行随机测试，新传感器的反应时间能够控制在20 s以内,探测器灵敏度得到提高，测量误差控制在±0.04%。与国内外相似的产品相比，优化的传感器在高灵敏度、测量误差和反应时间上都达到了较高水平。

采用有机金属化学气相沉积方法在单晶硅(111)衬底上生长GaN薄膜,并利用X射线衍射分析确定了GaN主要为以〈0001〉方向取向生长的纤锌矿结构。对样品进行自由和压力荷载状态下的拉曼光谱测试,结果表明,自由状态下,GaN处于张应力状态,最大应力为342.272 MPa,同时Si衬底为压应力,但由于缓冲层的存在及影响,GaN中的张应力和Si中的压应力数值不完全相同。在对样品施加平行于(0002)面的外加压力后,随着加压的增大,GaN和Si的拉曼峰都发生蓝移,说明外加压力在材料内部造成了压应力。