均匀生长大尺寸光学级金刚石膜一直是微波化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)金刚石研究领域的热点和难点, 沉积台的结构与位置对于金刚石膜均匀性以及厚膜生长的长期稳定性至关重要。本研究通过COMSOL模拟结合实验研究了沉积台高度对衬底表面电场均匀性、等离子体状态和温度均匀性的影响规律, 优化了光学级金刚石膜均匀生长的工艺参数, 在最佳沉积台高度(2 mm)下沉积得到的2英寸金刚石膜(最大厚度337 μm), 厚度不均匀性<11%, 从膜中心到边缘的拉曼半峰全宽为3~4 cm^-1, 可见光波段内最高透过率为69%~70%, 10.6 μm处红外透过率为70%。结果表明: 金刚石膜的厚度和品质较为均匀, 实现了两英寸光学级金刚石膜的均匀沉积。沉积台高度对衬底表面的电场分布、等离子体形状和温度分布都有一定影响, 随着沉积台高度增加, 衬底表面电场分布均匀性和温度均匀性得到明显改善, 且衬底表面的等离子体分布更均匀, H原子和含碳基团的浓度增加。

热压印技术是实现高性能玻璃微光学元件低成本绿色制造的有效途径，但是，由于加热冷却周期较长，温度均匀性不高，其制造效率和成型质量被限制。因此，有必要开发高温快速均匀加热模块，实现高效高质热压印成型。首先，基于氮化硅陶瓷加热片设计制造加热模块，搭建加热测试平台，实现加热模块表面温度分布的实时监测；然后，开展恒电压加热重复性测试，评估实验结果的可靠性；接着，建立和修正加热模块恒电压加热有限元仿真模型，并结合有限元仿真模型和正交试验法对加热模块结构进行优化，以提高加热速率和温度均匀性。实验结果表明：优化后的加热模块不仅加热速率快，而且温度分布均匀。进行180 s恒电压加热测试时，加热模块的升温速率可达363 ℃/min，表面温差为10.7 ℃。对加热模块进行700 ℃控温加热时，实测温度曲线与设定温度曲线基本一致，温度波动在0.3 ℃以内，尤其中心20 mm×30 mm区域的温差在2 ℃左右。最后，将高温快速均匀加热模块集成于热压印装置，实现了N-BK7玻璃微结构阵列的高效率高质量热压印成型。

面源黑体作为红外源标在红外测温、红外成像、红外相机标定等领域广泛应用，红外源标红外辐射性能主要取决于面源黑体温度场的控制。为了适应星载和机载红外探测器大孔径、大视场角的发展需求，文中对超大尺寸面源黑体温度控制技术进行了研究。外场条件下，面源黑体会随着尺寸的增大而增加温度控制的难度，控温系统采用两相流体回路技术实现了外场3 m×3 m面源黑体不同目标温度下高温度均匀性、稳定性温度控制，试验结果表明，黑体表面温度均匀性控制优于±0.60 ℃，稳定性控制优于0.14 ℃/15 min。

在已有的紫外、可见和近红外波段的光谱辐射亮度国家基准的基础上，将光谱辐射亮度的测量范围向红外波段扩展，建立2 μm～14 μm红外光谱辐射亮度计量基准装置，可为遥感对地观测、气候变化、目标识别、材料发射率测量等领域的红外光谱辐射定标提供技术支撑。针对红外光谱辐射亮度测量中的温度均匀性和源尺寸效应进行研究，通过定制光阑或限制所用腔口位置实现了温度均匀性的提升；采用光学仿真、增加光阑和简化光路等方法进行了系统源尺寸效应的分析和抑制，有效地降低了源尺寸效应的不确定度。下一步将对系统的非线性效应等参数进行研究，并对整套系统的不确定度进行评估。

针对高热流密度激光介质高效散热与均匀冷却技术需求，设计并搭建了以去离子水为冷却工质的开式单喷嘴喷雾冷却实验平台，实验研究获得了不同热流密度（16～110 W/cm²）、不同冷却工质流量（200～300 mL/min）以及不同喷雾高度（15～25 mm）下单相喷雾冷却换热系数及其冷却均匀性效果。结果表明：该实验工况下，不同热流密度条件下喷雾高度及工质流量对于单相喷雾冷却换热效率及温度均匀性影响显著；喷雾高度15 mm、工质流量200 mL/min时获得最大对流换热系数为5.93 W/（cm²·K）；喷雾高度15 mm、工质流量250 mL/min时面积20 mm×20 mm的热源表面温度均匀性最佳可优于0.6 ℃。