针对不用的应用需求，在超高精度、超带宽、超高灵敏度等性能上开展研究，研制磁性量子、射频和红外等类型的传感器件。主要研究内容和需要攻克的主要技术难点如下：

1、高精度磁量子传感器件。针对机载国产WQ装备配电系统和新能源汽车电量检测、高端装备制造和高精度WQ装配过程中物理量检测的要求，根据量子计量金字塔中磁通量相关量子测量极限，设计和制造高精度磁量子传感器件，并研究相关应用装置。包括化学键合型抗驰豫原子气室制备工艺研究及小型批量工程化研究；更高温抗驰豫介质膜及其原子气室制备工艺研究；超高灵敏度腔机理研究和制备平台建设；通过调控磁性材料中自旋拓扑结构改进材料的磁性和电磁性能，研制新型的磁振子元件；研究基于PT对称腔量子电动力学系统的量子传感技术，分析不同量子传感增强机制之间的约束关系，探索PT对称系统奇点对量子传感灵敏度的影响，研制传感增强光学腔，并研究光学系统由PT对称到PT对称破缺相变对超灵敏测量的影响；研究噪声相关产生机理和处理方法，提高噪声处理能力；利用研制的高灵敏磁敏感元件、信号增强腔和噪声处理方法，研制高精度磁量子传感器和应用系统。高性能高温抗弛豫高分子薄膜材料、耦合光学微腔传感增强机制之间的约束关系，特别是引入腔增强机制后的系统噪声将是关键技术难点，并对装配精度等产生直接影响。

2、集成化超宽带射频器件。基于微波光子技术的射频器件具有集成化程度高、带宽大、处理速度快、不易受电磁环境影响等显著特点，宽带射频器件能够极大地提升雷达、卫星通信和定位探测等电子装备性能，并在海洋工程与矿山装备、智能汽车、工业无损检测和“5G”通信等民用技术中具有巨大应用潜力，但是目前仍未见成熟的功能器件实现产业化。面向未来毫米波波段的射频前端应用，开展微波/毫米波信号产生、传输、处理、控制和测量的新机理和新方法的研究；优化相关光电器件的结构与加工工艺，突破宽带微波器件集成设计的关键技术，促进微波光子技术宽带射频集成系统在无线通信、雷达系统、航电系统及深空探测等领域的应用；太赫兹在超宽带射频器件上具有优异特性，但国内设计理论和加工工艺都无法满足需求，而国外相关技术与芯片都处于禁运状态，从太赫兹波导器件仿真设计、太赫兹波导器件高精度测试两个方面开展研究，研制宽带在110GHz以上的超宽带微波器件优化设计与精确测量平台。

3、超灵敏度红外传感器件。针对超灵敏红外传感器件在海洋工程与矿山装备、导弹防御和预警、以及无人机的定位与跟踪方面的重要应用需求，开展超灵敏红外传感器件的设计与集成。包括为解决超灵敏红外传感器件的快速非线性响应无迟滞这一关键技术，基于近场光学建模与实验研究实现非线性响应调制的新原理，设计具有高响应速率和超灵敏度的红外传感器件，并开展红外传感器件可靠性的研究；为解决超灵敏红外传感器件的响应速率和响应精度相互冲突的关键问题，利用量子效率技术模拟与实验，在效率和精度两个关键指标上找到最佳平衡点，其中，基于LUMO性能表征研究超灵敏红外传感器件的响应速率与光电子转换效率以及转换速率之间的关联特性，基于电离能测试分析红外传感器件响应过程的特征参数、响应精度、干扰噪音的产生途径等因素与器件核心芯片及架构之间的关系；并研究降低噪音信号提升器件响应精度的方案。