自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点，但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长，另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题，提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务，该网络模型的更新不依赖于数据集，而是将生成神经网络与传输矩阵方法（TMM）相结合，通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构，并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示，本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件，实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比，生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解，与普通神经网络相比，全局优化网络考虑整体的优化目标，通过全局搜索寻找全局最优解，设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。

为抑制非相干光产生的干扰，提高紫外单色仪的分辨率，本文选择Al₂O₃、AlF₃分别作为高、低折射率材料，在熔融石英基底上设计并制备了深紫外全介质高陡度滤光膜。通过优化沉积工艺及膜层应力分析方法，解决了薄膜应力过大所导致的膜裂问题；并对实验结果进行反演分析，通过优化监控方法提高了膜厚控制精度。制备的深紫外高陡度滤光膜在232~400 nm平均透过率为97.67%，在115~228 nm平均透过率为0.61%，过渡区陡度为3.6 nm，满足紫外单色仪的使用需求。

时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO₂/SiO₂增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm²）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。

二维光子Moiré超晶格拥有一些常规光子晶体不具备的特性，例如平带特征和不同于安德森局域化的光局域现象。本文利用多光束干涉法构建二维光子Moiré超晶格结构，采用有限元法对其能带结构及光场特性进行研究。通过优化Moiré晶格厚度、空气孔半径对其平带及局域特性的影响，得到了高局域特性的Moiré晶格结构。研究中发现，正方晶格具有不同于六角晶格的准狄拉克锥光局域化效应。本文研究结果对发展高性能微纳结构器件具有重要参考价值。

X射线多层膜是X射线光学领域的重要反射元件，可利用X射线的布拉格反射实现特定波段X射线的高效反射。多层膜的反射率与膜层材料和膜层结构密切关系，根据多层膜的工作原理，对于高能波段的X射线，为获得较大掠射角下的高反射率，通常需要多层膜具有更小的周期厚度和更大的周期数，因此高精度薄膜生长技术是X射线多层膜元件制备的必要条件。本文研究了基于原子层沉积技术的X射线多层膜的制备，首先利用Fresnel系数递推法计算出HfO₂/Al₂O₃、Ir/Al₂O₃、Ru/Al₂O₃、W/Al₂O₃四种材料组合的多层膜的反射率，讨论了材料组合、周期厚度、周期数、占空比等参数对多层膜反射率的影响。在此基础上，选取并制备了周期厚度为4 nm、周期数为60、占空比为0.5的HfO₂/Al₂O₃ X射线多层膜。X射线（0.154 nm）反射率的分析结果显示，该多层膜的周期厚度为3.86 nm，反射率约43%，多层膜截面的透射电子显微镜（TEM）图显示膜层间界面清晰。该结果验证了原子层沉积法制备小周期厚度X射线多层膜元件的可行性。

以沉积在Si［100］基底的Mo/Si多层膜为例，通过透射电镜（TEM）测量了多层膜在不同倾转角度下的界面结构，并提取了多层膜的周期厚度以及单周期中Mo层和Si层的厚度。结果表明：样品沿α方向倾转时，Mo层和Si层的测量厚度几乎没有变化，但界面粗糙度增大，这是由于旋转时薄膜的厚度方向始终与电子束垂直，而电子束穿过的TEM样品厚度Z增大；样品沿β方向倾转时，由于倾转时样品截面与电子束不垂直，造成伪影严重，无法区分Mo层和Si层，多层膜的测量总厚度随倾转角的增大先增大后减小。此外，提出了样品沿β方向倾转后测量薄膜厚度的计算公式。对于较薄的薄膜，随着倾转角β的增大，测量厚度增大；对于较厚的薄膜，随着倾转角β的增大，测量厚度先增大后减小。薄膜厚度t₀越小，沿β方向倾转后测量厚度的相对误差越大。当TEM样品厚度Z为10 nm时，沿β方向倾转后测量厚度的相对误差较小。

甲脒（FA）基钙钛矿比甲胺（MA）基钙钛矿具有更高的内在稳定性，而无机Cs离子掺杂可以进一步提高钙钛矿的湿度、热和结构稳定性。通过一步反溶剂法制备了Cs掺杂的FA_{1-xCsxPbBr3（x=0，0.05，0.10，0.15）钙钛矿薄膜，采用椭圆偏振光谱研究了材料的复介电函数并以此进行外量子效率（EQE）模拟。EQE模拟结果显示掺杂比例为0.05时，钙钛矿薄膜具有最高的功率转换效率（PCE），可达23.47%。进一步对FA0.95Cs0.05PbBr3进行变温椭偏分析，发现：随着温度升高，材料带隙增大，在393 K左右，从变温复介电函数的二阶导谱中可观察到相变现象，钙钛矿材料由正交相转变为四方相。对基于FA0.95Cs0.05PbBr3的太阳能电池进行变温EQE模拟，结果表明：温度对器件的最高PCE影响不大，其效率可以稳定在23.47%左右，但是高温会导致器件近红外区的外量子效率降低，器件的整体响应带宽减小。}

电解质为电致变色器件的变色提供离子，是器件中不可缺少的一部分。然而，目前对电解质层的研究主要集中在复合电解质和极限浓度，少有探究电解质浓度对电致变色性能的影响规律和机理，尤其是循环稳定性。因此，本文系统研究了高氯酸锂（LiClO₄）电解质浓度（0.1、0.5、1.0、2.0 mol/L）对氧化钨（WO₃）薄膜循环前后电致变色性能的影响，及对其循环稳定性的作用机理。结果表明，当LiClO₄浓度为1.0 mol/L时，WO₃薄膜表现出最短的着色/褪色时间，初始电荷储存量高达25.2 mC?cm^-2，6000圈伏安（CV）循环后，衰退率仅为25.4%，表现出最佳的循环稳定性。该研究详细介绍了电解质浓度对WO₃薄膜电致变色性能及其循环稳定性的影响规律及作用机理，对WO₃基电致变色器件的设计和制备具有重要的指导意义。

通过溶液法在石英玻璃衬底上制备氧化镓（Ga₂O₃）薄膜，研究氮气、空气和氧气气氛退火的Ga₂O₃薄膜的结构、光学特性、缺陷能级与电学特性。结果表明，氮气气氛退火的Ga₂O₃薄膜的形貌组织最致密均匀且最厚，氧气气氛退火的薄膜结晶度最优。所有样品在可见光区的平均透光率均高于80%，且在260 nm附近都出现陡峭的吸收边，在190 nm处透光率均低于10%，氮气、空气和氧气气氛退火的Ga₂O₃薄膜的禁带宽度分别为5.10 eV、5.07 eV和5.18 eV。氮气、空气、氧气气氛退火的样品在蓝-紫外波段的光致发光强度依次降低。根据光致发光谱分析Ga₂O₃薄膜缺陷能级，Ga₂O₃的施主能级到导带的距离随着禁带宽度值的增大而增大。氮气、空气、氧气气氛退火的样品电阻依次增大。本文实验中最优退火气氛为氮气。