与微波频标相比,光频标具有更高的频率准确度和稳定性,可以更好地服务于国防、科研等领域。光频标系统共包括以下三个部分:超稳激光系统、离子/原子囚禁系统和飞秒光梳系统。其中,超稳激光系统作为本地振荡器是整个光频标的核心,而作为鉴频器的法布里-珀罗（Fabry-P（?）rot,FP）腔则又是超稳激光系统的关键部分。为了减小来自外界环境的影响,通常将FP腔放置在较高真空度的真空腔室中。为了获得更高的频率稳定性,从减小来自外界温度波动影响的方面考虑,超稳腔真空系统需要有足够大的热时间常数。目前,真空系统的热时间常数的测量主要是基于理论计算或者实验测量。第一种方法只适用于简单的系统,而第二种方法则需要花费较长的时间。为了克服这些限制,本论文提出了利用基于超稳腔真空系统完整模型的有限元分析方法仿真系统的热时间常数。基于此,本课题主要是研究如何仿真分析和增大超稳腔真空系统的热时间常数。作者利用有限元分析方法模拟仿真了实验室已有的两套超稳腔真空系统的热时间常数分别为6.8×104 s和8.7×104 s,并与将系统内的参考腔当做一个测温计,通过利用超稳激光系统和频率梳拍频测量环境温度发生改变后的频率随时间变化的响应曲线,然后对其进行拟合获得的时间常数进行了比对,两者结果吻合良好,误差小于6%,验证了方法的可靠性。利用这种方法可以将热时间常数的测量时间由几个月缩短到几天。基于利用有限元模拟仿真热时间常数的方法,作者研究了在保证一定的强度、刚度和稳定性等前提条件下提高超稳腔真空系统热时间常数的设计规律,主要包括真空腔内的真空度的选择,隔热罩材料、厚度、层数以及各层间距的影响,以及各层之间的支撑结构形状、材料的设计等。作者在隔热罩的优化设计中采用了田口方法安排实验,评估结果,得出了隔热罩的材料和层数是改善系统热时间常数的主要贡献项的结论。在支撑结构的设计上,作者使用了三个氟化橡胶球的支撑方式。同时,在真空度的选择上,作者发现在系统真空度达到10^-5 Pa之后,真空度的改善对系统热时间常数的影响已经不明显。此外,本论文还利用有限元分析的方法研究了用于低温蓝宝石振荡器的低温系统的设计,确定了低温系统的各层隔热罩的材料和厚度的选择。