热时间常数是基于微测辐射热计的非制冷红外探测器的关键指标参数, 它与探测器的最高有效帧频直接相关, 因此准确测量热时间常数对于器件设计和应用都有举足轻重的意义。但目前无论是探测器热时间常数的标称值还是基于单元的热时间常数现有方法的测试值, 都无法建立与探测器的频率响应特性的直接定量函数关系, 以确定探测器工作的最小帧间时间间隔。直接基于阵列器件测量热时间常数的方法, 借助低于1/2帧频的斩波调制, 通过变频时域采集, 快速傅里叶变换(FFT)等常规测试手段, 提取有效的电压响应信号, 拟合频响曲线, 能快速有效地提取热时间常数。通过实测分析, 该测量方法具有准确度高、抗干扰能力强、稳定性高、测试用时短的特点, 且均采用通用的测试仪器, 无需单独制作测试样品, 具有较高的推广价值。

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。

设计了一种长支腿式电容读出式红外焦平面阵列结构，并分析了这种像元结构的热导率、热机械灵敏度和热时间常数，从中优化出了该模型的部分结构参数，并以此为依据对像元整体尺寸进行了设计。在该尺寸模型下，得到的像元热导率为3×10-7 W/K，热机械灵敏度为162 nm/K，热时间常数为35 ms，该热时间常数满足人眼识别频率的需要。讨论了焦平面阵列能够高灵敏度工作的关键参数—噪声等效温差，分析计算显示，得到噪声等效温差为6 mK。进行了仿真计算，得到的噪声等效温差为5 mK，与计算结果非常吻合。实验表明，该系统的噪声等效温差足够小，可满足稳定输出信号的需要。最后，基于牺牲层工艺制备了长支腿结构焦平面阵列，验证了制备工艺的可行性。

由光热调制半导体激光器物理模型出发，从理论上推导出半导体激光器结温变化与相关物理量的关系式，并从光热调制实验中得出光强调制同调制频率及半导体激光器偏置电流的关系，为选择半导体激光器恰当的光热调制参数，以降低光强调制干扰，从而实现纳米精度干涉测量提供重要依据。