精确的光机分析是实现系统优化设计的前提。针对耦合场作用导致光机系统中光学元件面形发生非回转对称的变化, 提出了Zernike拟合的三维接口模型, 以提高光机分析数据转换精度, 实现耦合场作用下光机系统的高精密分析。对某光机系统进行重力和温度场耦合集成分析, 提取各光学面形变化的非对称分布, 并借助该三维接口模型在光学设计平台中对系统成像质量进行分析, 用于后期系统优化设计。结果表明该接口模型可应用于实际多场作用下的光机系统分析。

程长控制镜是保持环形谐振腔腔长稳定的重要器件之一, 温度变化引起的热形变直接影响环形谐振腔的光路形状和光束质量。首先利用ANSYS软件建立了程长控制镜的有限元仿真模型, 分析了不同温度条件下程长控制镜的温度场及耦合场, 得到了程长控制镜反射镜面中心形变量云图, 对变温条件下程长控制镜反射镜面中心形变规律进行了研究, 得到了反射镜面中心形变量与温度的关系函数。然后, 通过扫模实验和温度实验验证了有限元模型的正确性, 计算相对误差为2.5%。最后, 仿真分析了程长控制镜各个部件导热系数、杨氏模量、线膨胀系数的影响规律。不同材料参数下, 导热系数以及密度对形变量影响较小, 杨氏模量和线膨胀系数对形变量影响较大, 形变量与杨氏模量成反比, 与线膨胀系数成正比。本文首次研究了常温、高低温及变温条件下程长控制镜的温度场和耦合场, 并对材料参数的影响规律进行了定量分析, 研究结果对程长控制镜的材料选择与优化设计有一定指导意义。

微测辐射热计结构的电阻温度系数（TCR）及其电阻值对非致冷红外焦平面探测器的性能有极大影响。基于精确的微测辐射热计三维模型，采用热电偶合有限元方法，分析了其电学特性，针对所建立模型，加载0.5~10μA的直流偏置电流，得到各偏置下的温度及电势相应特性，并由此获取了不同温度下结构的电阻值，进而推导出一定温度内整个模型的TCR，从而为后端读出电路的设计提供参考。最后对实际制备的器件进行测试，验证了该方法的可靠性。

采用有限元法针对微测辐射热计的热电耦合敏感机理进行研究。建立微测辐射热计精确三维有限元模型,采用动态热电有限元方法对器件的热电特性进行了分析,得到了其热电耦合场下的温度响应特性,并获取其热容、有效热时间常数和有效热导值等热学参数；采用该方法在微测辐射热计的设计阶段中,即可初步预判器件性能并为器件制备提供可靠的参考。所设计结构经流片验证,性能良好,且满足60Hz帧频成像要求。

轨道发射器通电轨道要承受很大的电磁扩张力，为了控制发射器口径形变，避免烧蚀，通常要在发射装置的封装层上施加预紧力。针对具体发射装置，运用三维耦合场对不同螺栓预紧力下的口径形变进行了计算，并进行了相关试验。试验结果表明，须将口径形变百分比控制在0.61%以内，方可实现无烧蚀发射。

采用密度矩阵方程,分别在引入耦合场线宽和强度、探测场频率变化以及耦合场频率与探测场频率之比变化的条件下,数值计算了双简并四能级原子系统中介质对探测场的吸收(增益)和相位光栅衍射效率的影响。结果表明:耦合场线宽的增大削弱了简并四能级原子相干;不考虑耦合场线宽(R=0)时的增益和衍射效率比考虑耦合场线宽(R≠0)时的大,在耦合光频率与探测光频率之比为ΩcΩp≈400时衍射效率最大可达到35％。

构建双耦合场作用下的N-型四能级系统, 详细讨论系统的探测吸收特性随两个耦合场Rabi频率取不同值时的变化规律, 得到EIT、 Mollow和Autler-Townes双峰效应及其它们之间的相互转化规律。 通过找出N-型四能级系统中的多个跃迁通道, 将系统按跃迁通道拆分成多个子系统, 不同的拆分方法实现了不同跃迁通道之间的量子干涉, 从而使系统呈现出三种产生条件和物理本质不同的非线性效应。

采用正交试验方法比较了锥形工具旋转和工作台旋转两种状态下的定点加工效果，实验研究了微磨头加工过程中的电磁耦合协同作用机理。在电磁耦合场中，固相粒子被极化形成电偶极子。当锥形工具旋转时，旋转的电偶极子由于洛伦兹力引起的自旋力偶的作用发生原位振动，对工件表面产生有规律的冲击，促进了材料去除，相对于工作台旋转模式其材料去除深度明显加大；但在电磁场较弱的微磨头外围，原位振动会对链串结构造成破坏，从而减小材料去除范围。电磁场耦合方式对电磁流变协同效应有很大影响，磁场励磁电压对材料去除的影响程度最大，其次是电场电压和旋转速度。在本文试验条件下，当锥形工具旋转且励磁电压较低(5 V)时具有较好的电磁流变协同加工效果。

利用有限元中的“单元生死”技术，通过ANSYS参数化设计语言(APDL)编程研究了长边扫描、短边扫描以及交错扫描方式对成形过程的热力耦合场以及残余应力分布的影响，并详细分析了各种扫描方式下，所选节点温度和热应力随时间的变化规律及残余应力沿各方向的分布规律。在与模拟过程相同条件下，实际成形实验所得结果与模拟结果吻合较好。