针对大高宽比微结构显影过程中由显影液的对流传质严重受限、光刻胶层厚、显影时间长带来的显影不均匀问题, 提出了基于翘板式摇床辅助的显影方法。利用有限元法模拟了摇床工作时整个样品表面的流场分布以及显影液在不同高宽比微结构光栅表面的流场分布。模拟结果表明, 通过摇床摆动可以实现显影液均匀流动。然后, 提出了快速的显影参数确定方法, 并通过实验给出了沟槽深宽比和显影速率之间的关系, 提供了可参考的显影工艺参数, 并验证了工艺参数的合理性。在显影时间为10~12 min, 显影速率为0.21~0.23 m/s, 沟槽深宽比为2.5, 光刻胶厚度为200 μm的光栅的显影均匀性优于96%。该方法可以实现大高宽比微结构的均匀显影, 满足高质量大高宽比光栅的制作要求。

分析了高阶莫尔成像的放大叠合原理,并在一阶几何变换莫尔方法的基础上,通过将莫尔单元放大与周期放大过程分离,提出了一种改进的莫尔放大器设计分析方法。基于该方法,采用MATLAB对高阶莫尔成像进行模拟分析,并设计制作了多种阶次的高阶莫尔放大器,对高阶莫尔成像进行实验分析,结果体现了高阶莫尔成像的放大叠合效果,验证了所提方法的有效性。

X射线光栅相衬成像对弱吸收物质成像能够获得较高的图像衬度, 然而使用高分辨探测器, 成像时间长。此外, 受光栅工艺限制, 成像能量通常在30 keV左右。文中基于投影成像原理, 大大放宽了对光栅工艺的要求, 提高了成像能量。同时, 利用医用CT球管以及医用探测器, 基于周步进扫描模式, 实现了快速相衬CT成像。在国家同步辐射实验室搭建的成像系统上, 完成了80 kV管电压(等效能量约48 keV)180 mA管电流, 物体80 s曝光的二维和三维成像实验。针对实验结果, 进一步探讨了提高密度分辨率的方法和途径。

Offner成像光谱仪是一种线推扫式成像系统, 需要光谱仪与物体之间存在相对移动, 从而记录整个区域的光谱和形貌信息。 在光谱仪镜头前放置一块反射镜进行旋转扫描, 也可以对大尺度物体进行高光谱成像, 并且相机固定不动。 然而旋转扫描时, 记录的高光谱图存在较大的几何误差。 该工作分析一般情况下Offner成像光谱仪单次拍摄得到的物点和像点的投影关系; 根据投影关系, 以旋转角为变量, 分析物点在成像面上的投影分布, 给出图像几何变形的矫正方法。 在成像光谱仪上设计并安装了反射镜旋转扫描装置, 进行旋转扫描实验, 通过矫正算法, 得到了清晰的高光谱图。

基于合肥国家同步辐射实验室(NSRL)低能量真空紫外光源的特点, 研制了耦合式刀片低能束流位置探测器, 用于在线监测波荡器辐射出的低能量真空紫外相干光源的稳定性。探测器采用V型耦合式刀片作为探针, 基于错位安装、倾斜嵌入被测光束边缘和直流偏压捕集自由电子等技术有效增强光电效应, 提高探针的响应灵敏度和探测器监测精度。介绍了耦合式刀片低能束流位置探测器的结构特点、探测原理和性能测试, 在线监测了NSRL波荡器光源的稳定性, 获得了一系列有价值的试验数据。结果表明：该探测器能完成NSRL-0.8GeV低能储存环上插入件光源的在线监测, 满足对改造后的新光源各插入件辐射光束位置稳定监测的要求。

根据现有的慢波结构色散特性的理论分析，提出了一种Ku波段的磁绝缘线振荡器(MILO)。与常见MILO的慢波结构不同，该MILO的慢波结构通过增大扼流腔的外半径来实现扼流作用，以防止阴阳极击穿。利用3维电磁场模拟软件对Ku波段MILO的开放腔模型进行了分析，得到其谐振频率为13.536 GHz以及有载品质因数为43。同时利用2.5维全电磁粒子模拟软件对其进行数值模拟，进一步优化了MILO结构，研究了输出微波的功率效率与输入电压的关系，得到的最优工作电压为600 kV。在外加电压600 kV、束流47.4 kA的情况下，模拟得到的平均功率为3.69 GW，中心频率为13.62 GHz，功率转换效率为12.6%。

为了便于模式变换器的设计，达到双频微波都能集中辐射的目的，提出一种轴向分区的双频磁绝缘线振荡器，该器件束波互作用区为中间隔开、两端不同周期、不同深度的慢波结构，使电子在上下游与不同频率特性的慢波结构进行束波互作用，得到稳定的双频微波输出。使用2.5维全电磁粒子模拟软件进行数值模拟，在工作电压450 kV，电流40 kA条件下输出微波功率为1.4 GW，功率效率约为7%,输出的微波频率分别为1.25 GHz和1.65 GHz，两者频谱幅度相差约为1.5 dB，模式为TEM模。

为解决实验中经常遇到的输出微波频率不纯问题, 提出一种新型磁绝缘线振荡器, 采用2维周期慢波结构, 使对称模式和低阶非对称模的工作频率相同, 在模式竞争条件下得到纯频微波输出。利用3维电磁场软件计算表明,新型磁绝缘线振荡器的慢波结构的对称模式和低阶非对称模的π模谐振频率相同;3维粒子模拟计算表明, 在450 kV,40 kA输入条件下, 微波输出平均功率由2.4 GW提升至2.8 GW,输出模式为多种模式混合, 频率为单一的1.22 GHz。

微型加速度开关是用于空间飞行体中感受加速度并完成致动的重要惯性器件。本文采用UV-LIGA技术，结合SU-8厚胶工艺、微电铸工艺以及牺牲层技术，制作了微型螺旋形加速度开关。研究了牺牲层工艺、SU-8光刻技术以及螺旋形弹簧形变控制等微细加工的工艺细节；分析了多种牺牲层材料的特性，优选了与工艺相适应的Zn牺牲层体系，解决了微结构易脱落的工艺问题。通过优化微电铸工艺来减小金属膜层的内应力，优化牺牲层释放工艺来避免腐蚀过程对弹簧膜结构的冲击。实验结果表明，通过工艺优化可得到平整的微型螺旋形弹簧—质量块结构，螺旋弹簧厚度为20 μm，质量块厚度达200 μm，本文的工作可为大批量、低成本地研制微型加速度开关提供工艺基础。

基于DILL 经典曝光模型,对其分别在深度轴和时间轴上进行扩展:在深度轴上,以基尔霍夫衍射公式为基础,引入复折射率,利用光束传输法的思想计算了某曝光时刻下胶体内部的光场分布;在时间轴上,分析SU8光刻胶的特点及曝光反应过程,建立合适的光交联反应动力学模型,计算不同曝光时刻下的光场分布。通过整个曝光模型的建立,最终给出一定曝光时间后的光场分布;结果表明,在曝光阶段,胶内深层光场整体分布随时间变化不大,曝光时间对曝光阶段光场分布的影响较小,这种影响将在后烘阶段得以放大。