原子气室作为量子仪表的核心部件, 其稳定性和寿命是决定量子仪表长期可靠工作的主要因素。在制备原子气室过程中, 玻璃高温熔接产生的残余应力会影响气室的力学特性及光学性能, 应力过大将导致气室在加工过程中发生炸裂, 并在后期应力释放过程中出现裂纹, 造成气室失效。测量和消除原子气室玻壳残余应力对提高原子气室的寿命和可靠性有重要意义。利用双折射应力测量仪对原子气室玻壳应力分布进行无损测量, 测量结果具有良好的一致性和重复性。经过退火处理后, 5支玻壳的应力最大值、平均值和标准差的平均值降幅分别达到81.35%、75.67%和77.32%, 表明消除应力取得了良好的效果。

为了满足超辐射发光管的短波长应用, 采用InAlGaAs/AlGaAs量子点有源区和干法刻蚀工艺制备了短波长弯曲波导超辐射发光管。在1.6 A脉冲电流注入下, 器件峰值输出功率为29 mW, 中心波长为880 nm, 光谱半高宽为20.3 nm。比较了干法刻蚀工艺和湿法腐蚀工艺对超辐射发光管器件性能的影响。在1.6 A脉冲电流注入下, 湿法腐蚀制备的器件峰值输出功率仅为7 mW。与湿法腐蚀相比, 干法刻蚀可以精确控制波导形状和参数, 降低波导损耗, 有效增大器件输出功率。

利用脉冲激光沉积方法在Al/Si衬底上生长出了高质量的n型ZnO单晶薄膜。研究并总结了以金属Al材料制备ZnO薄膜器件欧姆电极的方法。选择功函数合适的金属作为电极材料, 比如In、Ti和Al等, 可以在n型ZnO薄膜上制作良好的欧姆电极。研究发现, 在金属Al和n型ZnO膜之间生长一层高掺杂的AZO层, 可得到比Al与n型ZnO直接接触更优良的欧姆性能。并且, 通过高温退火可以有效提高金属Al电极的结晶质量和电导率, 降低电极与n型ZnO界面处的接触势垒, 从而实现优良的欧姆接触性能。

为了制备结晶质量好的Cu掺杂ZnO薄膜，研究其结构和光学性质，采用脉冲激光沉积方法，在Si衬底上选择不同的衬底温度来制备薄膜。实验成功制得了结晶质量较好的Cu掺杂ZnO薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光分光光度计对样品进行了测量和分析。所制备的样品均表现出高度的c轴择优取向，衬底温度为300℃时，薄膜表面形貌均匀致密；在样品的光致发光谱中，发现样品除了在380nm附近出现紫外发光峰外，在460nm附近出现了蓝光发光峰，真正意义上实现了ZnO薄膜的蓝光发射。结果表明，衬底温度对其晶体质量有较大影响。

在200 ℃下利用激光沉积技术分别在玻璃和Si(100)上沉积制备了ZnS薄膜，并在300，400，500 ℃下退火1 h。用X射线衍射(XRD)仪、紫外/可见光/近红外分光光度计、台阶仪和原子力显微镜(AFM)分别对不同衬底上样品的特征进行了观察。结果表明，玻璃上的ZnS薄膜只在28.5°附近存在着(111)方向的高度取向生长。在可见光范围内透射率为60%~90%。计算显示薄膜的光学带隙在3.46~3.53 eV之间，其小于体材料带隙的原因在于硫元素的缺失。根据光学带隙判断薄膜是单晶立方结构的β-ZnS。Si(100)上生长的是多晶ZnS薄膜：500 ℃下退火后，表面也比未退火表面更加平整致密，变化规律与ZnS/glass的类似。说明高温下退火可以有效地促进晶粒的结合并改善薄膜质量。

为了研究不同结构光电探测器的光响应特性,采用脉冲激光沉积技术在玻璃衬底上制备了ZnO基紫外探测器。X射线衍射谱、扫描电子显微镜和光致发光光谱显示,ZnO膜为多晶结构,表面平整,并具有良好的化学配比。比较平面结构探测器和夹层式探测器的光响应特性可知,探测器结构对光电探测特性具有重要影响。结果表明,平面结构探测器中的电极宽度引起响应时间和响应度之间的竞争,而具有透明电极氧化铟锡的夹层式探测器则不存在这一问题。