数值研究了由同心C3型孔和圆环孔单元结构组成的复合超表面在近红外波段内的表面等离子体三重法诺共振效应与光学传感现象。研究结果表明，通过改变C3单元结构的对称性破缺不仅能够诱导产生可调的多重法诺共振效应，还能构建基于该效应的自参考光学传感。此外，通过改变圆环单元结构的内半径能够实现基于法诺凹陷深度的辐射监测传感。该研究为设计紧凑、可调谐的法诺共振光子器件提供了新的视角，同时可将周期性亚波长金属纳米结构扩展至生物传感和光通信领域的相关应用。

为了研究激光切割UO₂陶瓷芯块-316Ti不锈钢复合结构温度场的分布，考虑了材料的热物性参数与温度的关系，运用ANSYS有限元软件模拟了该复合结构的激光切割过程，通过ANSYS的Fluent模块实现激光热源C语言程序的UDF加载与编译。研究了不同激光切割工艺参数下的温度分布云图，结果表明：温度分布主要呈现为类彗尾状；最高温度集中在切割热源中心处，工件表面的最高温度随着激光功率的增加和切割速度的降低而升高；当激光功率过小或切割速度过大时，工件会因热量输入不足而切不透；当激光功率过大或切割速度过小时，切缝会因材料熔化区域变大而变宽。仿真结果可以对实际切割过程的工艺参数优化提供参考。

为提高医用TC4钛合金表面熔覆羟基磷灰石(HA)涂层的植入稳定性和生物活性, 采用激光熔覆方法制备出不同含硅量的CaP生物陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了熔覆层组织形貌和物相组成。结果表明: 添加SiO2(1wt.%、3wt.%)后形成Ca2SiO4相, 熔覆层中部组织细化。通过电化学腐蚀和体外SBF浸泡实验研究了SiO2含量对涂层耐腐蚀性和生物活性的影响。电化学腐蚀结果表明: 随着SiO2含量的增大, 涂层表面腐蚀电流密度逐渐减小; 体外SBF浸泡结果表明: 添加SiO2可以加快涂层表面类骨磷灰石的形成, 其中, 添加SiO2为1wt.%时涂层表面类骨磷灰石呈均匀分布。因此, 低含量SiO2可以提高生物陶瓷涂层的耐腐蚀性和生物活性。

针对高Q值微机电陀螺的快速起振问题, 研究其驱动轴控制方法。分析了高Q值谐振器的振动相位随频率的变化率, 阐明了锁相环方案启动时间长且对初始频率偏差敏感的原因。用平均法推导了自激振荡方案下起振初始阶段振幅随时间的变化规律。提出了“自激-锁相”驱动轴控制方案, 先采用自激振荡方式使陀螺快速起振, 再转为锁相环方式使振动频率精确稳定。经实验测试, 采用锁相环方案, 当初始频率偏差在±10 Hz以内, 陀螺的启动时间为2 s; 采用自激-锁相方案, 只要初始频率偏差在±1 000 Hz以内, 陀螺均可在0.3 s内达到频率误差小于0.01%, 在0.4 s内达到振幅误差小于0.1%。“自激-锁相”方案大幅度缩短了陀螺的启动时间, 而且对陀螺初始频率的设置偏差不敏感, 对环境温度变化的适应性好, 适用于微机电陀螺的批量生产。

采用5 kW横流CO2激光器对表面预涂覆HA和SiO2混合粉末的TC4钛合金激光熔覆获得低含硅量生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)分析熔覆层的显微组织与物相成分, 通过模拟体液(SBF)浸泡实验初步探讨涂层的生物活性, 并通过电化学腐蚀中的动电位扫描实验研究涂层在SBF中的腐蚀行为。实验结果表明, 低含硅量生物陶瓷涂层与基体呈冶金结合, 在SBF中熔覆层的腐蚀电位与基材相比提高了84.4 mV, 腐蚀电流密度下降了约6倍, 在SBF中浸泡7天后熔覆层表面沉积了大量的类骨磷灰石, 熔覆层表现出良好的耐腐蚀性和生物相容性。

运用分子动力学模拟的方法,采用LAMMPS程序模拟了六方晶格结构的4H-SiC材料辐照下级联碰撞过程。先建立4H-SiC晶体结构模型,再模拟了不同能量的初始碰撞原子(PKA)级联碰撞产生点缺陷的演化。模拟结果表明,总的点缺陷包括空位缺陷、间隙原子和反位缺陷,并以空位缺陷和间隙原子为主,给出空位缺陷与间隙原子的空间分布图；级联碰撞产生的空位缺陷数量与PKA能量成线性关系；空位缺陷与间隙原子的空间分布,特别是空位缺陷与间隙原子聚集区域,与PKA能量有密切关系。上述结果为分析4H-SiC基材电子器件在辐照环境下电学性质变化提供理论基础。

采用结合双温模型的分子动力学的方法, 数值模拟了脉宽100 fs, 能量密度为40~200 mJ/cm2的飞秒激光与CuZr非晶合金的相互作用过程。低能量密度下, 靶材的烧蚀机制主要表现为机械破碎; 高能量密度下, 热机械蚀除和相爆炸共同存在于靶材的烧蚀过程, 随着能量密度的增加, 相爆炸成为主要蚀除机制。利用径向分布函数分析了CuZr非晶合金结构的无序性, 分析结果表明, 激光能量密度由80 mJ/cm2增加到120 mJ/cm2时, 飞秒激光与靶材相互作用过程中, 材料内部的原子保持着无序状态, 材料未发生明显晶化。

针对微机电陀螺耦合刚度的辨识, 提出了以驱动轴、检测轴、驱动-转动耦合和驱动-检测耦合频率响应特性为基础的耦合刚度辨识方法。设计了一种驱动轴和检测轴双向位移解耦的双质量线振动微机电陀螺, 基于经过简化的梁的刚度特性建立了微陀螺平面运动动力学方程, 导出了结构在存在耦合刚度情况下驱动轴、检测轴、驱动-转动耦合和驱动-检测耦合的传递函数。根据耦合传递函数把刚度耦合产生的根源定位到特定的几组梁之间的刚度误差。通过驱动-转动耦合与驱动轴幅频特性之比辨识出驱动-转动耦合刚度系数, 通过驱动-检测耦合与检测轴幅频特性之比辨识出转动-检测耦合刚度系数。实验测试了设计加工的微陀螺的频率响应特性, 利用提出的耦合刚度辨识方法得到陀螺的驱动-转动和转动-检测耦合刚度系数分别为0.14 N和0.054 33 N。得到的耦合刚度的辨识结果可为微陀螺梁刚度的激光修调提供参数依据。

研究了典型微机械应力测试结构的温度特性及从源头上抑制热应力的方法。设计了一种可以代表微机械系统(MEMS)器件温度特性的应力测试结构，并分析了温度对其固有频率的影响机理。指出了与材料弹性模量、结构尺寸变化相比，轴向应力是影响该结构固有频率温度稳定性的主要因素，同时设计了一种可以释放热应力以及加工残余应力的应力隔离结构。考虑硅的线膨胀系数随温度变化的特性，通过建模仿真和实验测试获得了应力测试结构、应力隔离结构的轴向应力以及固有频率的温度特性。结果表明: 在-50 ℃~+85 ℃，应力隔离结构将轴向热应力抑制到了应力测试结构的2个数量级以下，固有频率-温度系数由5.0×10-3ppm/℃左右降到了5.0×10-5ppm/℃以下。结果显示: 设计的应力隔离结构具有非常良好的应力隔离效果，从源头上抑制了主要的温度影响因素引入整个微机械系统，可以应用于其它MEMS结构以获得良好的温度稳定性。

采用结合双温模型的分子动力学方法, 研究了典型脉宽飞秒脉冲激光与镍钛二元形状记忆合金相互作用时能量密度对靶材烧蚀深度的影响。模拟了脉宽为100 fs, 能量密度为0~125 mJ/cm2的单脉冲激光辐照90 nm厚镍钛合金薄膜的过程。模拟结果表明, 飞秒单脉冲激光烧蚀镍钛二元形状记忆合金会产生两种不同的烧蚀相。能量密度较低时, 烧蚀结果呈现弱烧蚀相, 烧蚀深度较低, 并且与光学穿透深度相关; 能量密度较高时, 烧蚀结果呈现强烧蚀相, 烧蚀深度大幅度增大。采用“拼花法”对高斯飞秒脉冲激光辐照镍钛靶材的形貌进行预测, 发现使用能量密度为阈值附近的飞秒激光辐照靶材时, 能够获得底部较为平坦的烧蚀弹坑。