針對不用的應用需求，在超高精度、超帶寬、超高靈敏度等性能上開展研究，研制磁性量子、射頻和紅外等類型的傳感器件。主要研究内容和需要攻克的主要技術難點如下：

1、高精度磁量子傳感器件。針對機載國産WQ裝備配電系統和新能源汽車電量檢測、高端裝備制造和高精度WQ裝配過程中物理量檢測的要求，根據量子計量金字塔中磁通量相關量子測量極限，設計和制造高精度磁量子傳感器件，并研究相關應用裝置。包括化學鍵合型抗馳豫原子氣室制備工藝研究及小型批量工程化研究；更高溫抗馳豫介質膜及其原子氣室制備工藝研究；超高靈敏度腔機理研究和制備平台建設；通過調控磁性材料中自旋拓撲結構改進材料的磁性和電磁性能，研制新型的磁振子元件；研究基于PT對稱腔量子電動力學系統的量子傳感技術，分析不同量子傳感增強機制之間的約束關系，探索PT對稱系統奇點對量子傳感靈敏度的影響，研制傳感增強光學腔，并研究光學系統由PT對稱到PT對稱破缺相變對超靈敏測量的影響；研究噪聲相關産生機理和處理方法，提高噪聲處理能力；利用研制的高靈敏磁敏感元件、信号增強腔和噪聲處理方法，研制高精度磁量子傳感器和應用系統。高性能高溫抗弛豫高分子薄膜材料、耦合光學微腔傳感增強機制之間的約束關系，特别是引入腔增強機制後的系統噪聲将是關鍵技術難點，并對裝配精度等産生直接影響。

2、集成化超寬帶射頻器件。基于微波光子技術的射頻器件具有集成化程度高、帶寬大、處理速度快、不易受電磁環境影響等顯著特點，寬帶射頻器件能夠極大地提升雷達、衛星通信和定位探測等電子裝備性能，并在海洋工程與礦山裝備、智能汽車、工業無損檢測和“5G”通信等民用技術中具有巨大應用潛力，但是目前仍未見成熟的功能器件實現産業化。面向未來毫米波波段的射頻前端應用，開展微波/毫米波信号産生、傳輸、處理、控制和測量的新機理和新方法的研究；優化相關光電器件的結構與加工工藝，突破寬帶微波器件集成設計的關鍵技術，促進微波光子技術寬帶射頻集成系統在無線通信、雷達系統、航電系統及深空探測等領域的應用；太赫茲在超寬帶射頻器件上具有優異特性，但國内設計理論和加工工藝都無法滿足需求，而國外相關技術與芯片都處于禁運狀态，從太赫茲波導器件仿真設計、太赫茲波導器件高精度測試兩個方面開展研究，研制寬帶在110GHz以上的超寬帶微波器件優化設計與精确測量平台。

3、超靈敏度紅外傳感器件。針對超靈敏紅外傳感器件在海洋工程與礦山裝備、導彈防禦和預警、以及無人機的定位與跟蹤方面的重要應用需求，開展超靈敏紅外傳感器件的設計與集成。包括為解決超靈敏紅外傳感器件的快速非線性響應無遲滞這一關鍵技術，基于近場光學建模與實驗研究實現非線性響應調制的新原理，設計具有高響應速率和超靈敏度的紅外傳感器件，并開展紅外傳感器件可靠性的研究；為解決超靈敏紅外傳感器件的響應速率和響應精度相互沖突的關鍵問題，利用量子效率技術模拟與實驗，在效率和精度兩個關鍵指标上找到最佳平衡點，其中，基于LUMO性能表征研究超靈敏紅外傳感器件的響應速率與光電子轉換效率以及轉換速率之間的關聯特性，基于電離能測試分析紅外傳感器件響應過程的特征參數、響應精度、幹擾噪音的産生途徑等因素與器件核心芯片及架構之間的關系；并研究降低噪音信号提升器件響應精度的方案。