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。

研究了一种基于偏振光的集成式单频激光干涉仪。利用偏振光学变换方法，实现了干涉仪的光学4细分结构，提高了测量灵敏度；构建4路正交探测结构，实现了干涉仪的无源偏振调制，扩大了干涉仪测量范围；采用光路集成化的设计方法，实现了一体化干涉仪光路集成。对激光干涉仪进行振动测量实验研究，结果表明，静态位移测量误差小于±0.3 nm，振动测量的分辨率达10 pm/Hz1/2；上述集成单频激光干涉仪具有测量精度高、稳定性好、动态范围宽、受环境影响小等优点，可被广泛用于纳米测量的各个领域。

提出了一种正交偏振干涉仪中光学元件位置固定与性能检测的方法，用于亚纳米级测量分辨力激光干涉仪的光路系统集成及其性能评价。构建了光学干涉仪在线检测与评价系统，基于强度检测方案，实时地对干涉仪输出的四路偏振光信号强度、干涉条纹可见度以及各路干涉信号之间的正交状态进行检测，并完成了小尺寸正交偏振激光干涉仪的光路集成；分别对分立式与集成式干涉仪的稳定性和微弱振动信号测量进行了对比实验。实验表明，集成式激光干涉仪的测量分辨力可达10 pm/Hz，信噪比优于分立干涉仪10 dB，稳定性明显提高。