射频蒸发冷却作为获取超冷原子简并量子气体的手段之一，对玻色-费米协同冷却的实现至关重要。为了在空间站上实现超冷量子简并气体，设计了一种特殊的射频天线。该天线被置于一个冷原子实验用真空腔内，与腔上集成的冷却、探测、光阱、磁阱、光晶格、Feshbach磁场等装置一同组成了通用型超冷原子物理实验系统，该实验系统满足载人航天工程在尺寸、重量、功耗、可靠性和电磁兼容性等方面的严格要求。利用有限元仿真方法对天线进行设计和评估，并在地面实验平台上对其各项性能指标进行测试和实验验证。结果表明，本设计除了能够降低90%的射频功率需求外，还能维持科学腔的超高真空水平，并具备良好的电磁兼容性，符合载人航天工程的要求。

高精度空间冷原子钟在基础物理研究、导航定位系统,以及深空探测领域均有重要应用。为此,设计了一种结合激光冷却与原子原位探测方案的新型微波腔,在该微波腔中心可以俘获与冷却铷原子,然后在微重力环境下对冷原子样品开展原子钟操作。该方案相对于已有的空间冷原子钟方案,在减少冷原子损耗、死时间占比和分布腔相移上具有较大的优势。分析了微波腔的详细结构与光学设计,确定了微波腔需要的基本参数,并对微波腔内部的微波磁场进行了仿真分析。在已完成研制的微波腔内开展特性测试,测试与仿真结果说明,所设计微波腔的性能可以满足不确定度优于1×10 -16的高精度空间冷原子钟的要求。

观测到了使用镀银微波腔产生漫反射光场冷却原子的信号，完成了微波腔与积分球一体化的最后一步。这种冷却方式结构更加简单，且没有涂料，不会对微波场场型造成影响，有利于钟信号的信噪比及对比度提高。同时测试了微波腔冷却在不同冷却光注入方案、漫反射系数及腔表面开孔尺寸下的冷却性能。结果表明端面注入冷却光是目前获得更多冷原子数目的方法，提高腔表面的漫反射系数，可以显著提高冷原子数目。为了充分利用积分球内的冷原子，采用了10 mm的通光孔径，测试了不同通光孔径对冷原子信号的影响，证实了目前较大的通光孔径不会影响到冷原子数。

首先对一体化的积分球微波腔进行了论证，然后进行了设计、仿真和加工实测。采用单端环耦合的方式进行微波激励，分别对从圆柱腔的端面及侧面耦合的方式进行了仿真，结果发现在圆柱腔侧面耦合能得到较好的场型分布。实现了通过微调耦合环的方式进行模式选择的新方法，这种方法简便易行，且能有效减小微波腔的体积。测试结果表明设计的微波腔体积小、结构稳定，能同时满足积分球冷却和微波腔的功能要求即实现了积分球与微波腔一体化的要求，更重要的是一体化结构不需要使用漫反射涂料，不会影响腔的模式及场型分布，有利于提高钟信号的信噪比和对比度。

采用双球镜准光腔、频谱仪和锁相返波管组建了D波段低损耗介质测试系统，该系统通过频谱仪和外置谐波混频器得到腔体谐振测试数据，并用拟合或积分方法从谐振曲线中求解出准光腔的品质因数。测得双球镜开腔的固有品质因数大于8×105，使该系统在工作波段可测量损耗角正切为10-5量级的低损耗介质。用该系统测出的石英、人造金刚石和蓝宝石的介电常数和损耗，与报道的结果一致，并测得4H-SiC在132.07 GHz的介电常数实部为9.598，损耗角正切为6.1×10-5。

采用标量网络分析仪(SNA)对毫米波段的Fabry-Perot准光腔进行了品质因数测定.通过纵向半波数的测试确定了谐振峰对应的模式,给出了AV3617测量数据并计算了相应的外观品质因数和固有品质因数,详细分析了扫频测试的误差及其误差来源.分析表明,半功率点的频率测定误差是引起准光腔品质因数测量误差的主要因素;利用扫频源HP83630A较高的频率分辨率,结合参考频标使测试数据的有效位数增加,从而提高了测试准光腔品质因数的精度.