原子力显微镜是扫描探针显微镜的重要组成部分,可以实现纳米甚至原子尺度量子材料表征以及原子操纵,是原子传感器、量子存储开发未来实现原子加工的关键技术之一,在表面表征领域有着举足轻重的地位。原子力显微镜是通过探针-样品原子间作用力实现样品表面形貌测量,并通过精确测量原子间作用力实现原子识别,进一步调控原子间作用力实现原子操纵,因此在原子力显微技术中原子间相互作用力的测量与控制是至关重要的。但由于实现原子分辨成像的原子力显微镜多工作在超高真空环境采用非接触工作模式,其探针作为微弱力检测元件无法直接测量得到探针-样品间作用力,需要进一步将测量得到的物理量转化为原子间作用力。本研究基于超高真空室温原子力显微镜非接触调频工作模式,建立了球锥探针模型,分析了探针-样品原子间作用力的组成,基于mathematica对频率偏移量实现窗函数滤波并运用长程力拟合与静电力补偿的方法,精确提取短程化学力。基于超高真空室温原子力显微镜测量系统运用Labview开发了原子间相互作用力解算软件,实现了单点原子力解算,进一步采用格点提取测量方法开发了二维及三维的原子力谱测量解算算法。采用UV-NC-AFM在Si(111)-7x7构造表面完成了二维、三维的原子力谱测量与解算,验证了原子力谱测量的准确性。由于在三维原子间作用力的测量过程中,测量点的数量直接决定了三维原子力谱的分辨率,但过多的测量点将会使测量时间极大的延长导致严重的温度偏移,因此采用了原子追踪偏移抑制技术,实现了热漂移补偿。最后将原子力谱解析与能量耗散测量方法应用于碱金属原子气室抗弛豫镀膜的表征,结果发现镀膜表面受粘滞效应导致的能量损耗与其厚度无关,与其镀膜均匀性密切相关。并且此方法可以定性对比抗弛豫镀膜的性能,为碱金属气室的镀膜表征提供了新思路。