悬浮力学振子是近年来发展起来的新型高灵敏的力学探测手段, 相比于固态力学振子, 悬浮系统由于和外部环境完全没有物理接触, 有着非常高的品质因子, 在弱力测量, 波函数塌缩测量等方面非常具有潜力。讨论了反馈冷却的机制, 利用NdFeB永磁体对乙二醇600液滴实现了抗磁悬浮, 并且用一个微线圈对其两个振动模式进行了反馈冷却, 在常温300 K和真空环境10-5 mbar中达到了实现了几百mK量级的冷却。实验结果与理论预测的最低有效温度吻合, 为将来深入研究宏观量子现象提供了一个良好的平台。

为满足光纤光栅传感技术在高真空热环境下的应用, 分析了丙烯酸酯和聚酰亚胺2种不同涂覆层单模紧套光纤作为传输光纤, 在高真空热环境下对FBG峰值功率的影响, 并进行了实验验证。首先, 设计了高真空热环境下传输光纤等效模型; 接着, 设计了不同涂覆层光纤传输损耗特性影响实验方案, 搭建了硬件在环检测平台; 最后, 进行了实验验证, 探索了在高真空热环境条件下, 不同涂覆层单模传输光纤随着温度、真空度变化对FBG反射谱功率峰值影响规律。实验结果表明: 真空度从常压降至10-4 Pa水平再恢复至常压, 丙烯酸酯和聚酰亚胺2种不同涂覆层单模传输光纤温度从常温降至-196 ℃再恢复至常温, 历经224 h, FBG反射谱功率峰值均不发生变化, 为光纤传感技术在高真空(压力约为10-4 Pa水平)、热环境(-196~25 ℃循环)中应用提供理论及实验依据。

针对半导体激光器腔面光学灾变损伤的发生机制, 设计了一种单管芯半导体激光器腔面真空解理钝化工艺方法。在真空中解理并且直接对半导体激光器腔面蒸镀钝化膜, 提出用ZnSe材料作为单管芯半导体激光器真空解理工艺的钝化膜材料, 发现利用真空解理钝化工艺方法和ZnSe材料作为钝化膜可以使器件输出功率提高23%。通过电致发光(EL)对半导体激光器腔面损伤机理进行分析。进一步说明对915 nm半导体激光器制备工艺中引入真空解理钝化工艺技术并且选择ZnSe作为钝化膜可以有效保护半导体激光器腔面, 提高器件可靠性。

基于量子效率仿真研究, 设计并通过分子束外延生长了透射式GaAs光电阴极材料, 制作了透射式GaAs光电阴极组件, 并对其反射率和透射率进行了测试分析。在超高真空装置中制备了透射式GaAs光电阴极, 并实现了整管封接, 得到了GaAs光电阴极量子效率曲线。结果表明, 通过提高窗口层Al组分并降低发射层厚度可有效增强透射式GaAs光电阴极的短波响应, 与标准三代GaAs光电阴极相比, 其蓝绿光波段的探测能力得到了有效提升。

利用国内最大箱式高真空镀膜设备ZZS3600，开展了双离子束辅助反应蒸发技术及光学薄膜厚度均匀性研究。借助MarkⅡ离子源辅助反应蒸发技术，对Ta₂O₅、SiO₂常见的高、低折射率光学薄膜进行了制备与特性分析。结果表明：在蒸发源与沉积基底距离较大的镀膜环境下，具有低能、高束流密度离子源有利于薄膜结构的致密化，薄膜性能的改善。根据大口径光学元件尺寸，结合真空室空间几何配置，开展了行星及单轴转动方式下镀膜膜厚均匀性的研究。行星转动方式下，分析了直径140 cm行星盘工件膜厚均匀性，无修正挡板运行时膜厚不均匀性优于0.4%。单轴转动方式下，分析了200 cm光学元件膜厚均匀性，并通过设计修正挡板将膜厚不均匀性控制在0.6%以内。采用双离子束辅助反应蒸发技术有利于实现高性能大口径光学薄膜的制备。

分析了温度在高真空环境下对硅微机械陀螺品质因数的影响机理.阐述了热弹性阻尼的复频率模型和硅材料的温度特性,建立了品质因数温度特性理论模型,并对理论模型进行了仿真验证和实验验证.理论计算得到常温下品质因数的温度系数为-9.76×10-3/℃.利用ANSYS对品质因数的温度系数进行仿真分析,得到常温下品质因数温度系数的仿真值为-9.96×10-3/℃.对硅微机械陀螺进行品质因数温度实验,得到常温下品质因数的温度系数为-9.02×10-3/℃,与理论计算结果相差8.20%.实验结果表明:高真空环境下建立陀螺品质因数温度特性的理论模型可为陀螺的温度误差补偿提供理论依据,为陀螺的优化设计提供实际指导.

对GaAs基半导体激光器真空解理钝化工艺进行了研究, 发现在高真空条件下解理和钝化GaAs基半导体激光器能有效减少激光器腔面缺陷, 从而抑制非辐射复合。通过测试光致发光(PL)谱线和X射线光电子能谱(XPS)发现, 经过超高真空解理钝化的GaAs基半导体激光器bar条的光致发光特性比没有经过真空解理钝化获得比较大的提升, 并且bar条表面污染率有很大改观。对真空解理钝化工艺的钝化膜的厚度进行了优化。

利用非本征型光纤法布里珀罗干涉仪(EFPI)和光纤布拉格光栅(FBG)制作了一种温度和应力同时测量的复合光纤传感器。采用超高真空磁控溅射镀膜、电镀及激光焊接技术实现了光纤传感器的耐高温全金属无胶化封装。实验结果表明：在290 ℃温度条件下传感器的应力灵敏度为90 pm/N，具备良好的线性测量能力（约0.9965）；传感器的温度灵敏度为12 pm/℃，线性度可达到0.9988，其温度补偿效果较好。实验结果同时证明了采用超高真空磁控溅射镀膜及激光焊接技术实现光纤传感器耐高温全金属化封装方法的可行性与有效性。

针对高洁净的真空环境下终端光学组件内运动机构的润滑问题，采用等离子体浸没离子注入(PIII)技术对复杂形状的零件进行表面改性，通过轴承内外圈表面改性前后的对比实验分析，结果表明，通过对注入元素、剂量和能量的选择，可以大幅度提高材料表面的硬度及耐磨性，并且零件的尺寸精度及表面粗糙度保持性好，充分证明了PIII技术可以在满足颗粒洁净度和有机物洁净度的双重要求条件下，提高运动部件抗摩擦磨损性能，延长微驱动机构的运动精度寿命，是解决终端光学组件中润滑问题的有效途径。