采用直流磁控溅射方法，以K9玻璃为衬底制备掺铝氧化锌（ZnO：Al，AZO）薄膜。在300℃真空条件下对样品进行退火处理，研究不同退火时间对薄膜内部微观结构、表面形貌及光学特性的影响。结果表明，最佳退火时间为2 h，此条件下的AZO薄膜具有较强的（002）衍射峰，晶粒尺寸为17.2 nm，表面结构平整致密，紫外-可见波段的平均透射率为93.47%，光学带隙为3.41 eV。

为了探讨不同清洗工艺对基片表面微观粗糙度的影响, 利用总积分散射(TIS)仪分别对不同条件下超声清洗的K9玻璃基片,End-hall离子源清洗的K9玻璃基片和Kaufmann离子源清洗的熔石英基片的表面均方根(RMS)粗糙度进行了系统表征。结果表明, K9玻璃基片经不同条件下的超声波清洗后, 由于清洗过程中表面受到损伤, 其RMS粗糙度均有所增加; 而对于End-hall离子源和Kaufmann离子源清洗的基片, 其表面RMS粗糙度的变化受清洗过程中离子束流、清洗时间和离子束能量等实验参量的影响较为明显, 选择合适的实验参量可以降低基片表面粗糙度。

通过分析波矢沿任意方向的单轴晶体的折射率,在光轴位于入射面内时,给出了入射光分别为s光和p光的反射率拟合函数。利用改进的反射率扫描仪,测量了CaCO3晶体的s光和p光反射率随入射角变化情况,由理论拟合获得单轴晶体的两个主折射率,分别为no=1.6559和ne=1.4851。这种方法不需要对样品进行加工,其精度达到0.0001。另外,对于晶体光轴未知的情况,采用改进的布儒斯特技术分别测出三个晶体表面的布儒斯特角,由此可以确定光轴的方向。

提出了一种利用总积分散射(TIS)测量K9玻璃基片表面散射和体散射的实验方法.首先采用磁控溅射技术在基片表面沉积厚度为几十nm的金属Ag薄膜,然后将基片的表面和体区分开考虑,通过TIS测得了基片上下表面的均方根粗糙度, 进而求得基片的总散射和表面散射,最后计算得到了体散射.分别利用TIS和原子力显微镜(AFM)测量了3个样品上表面所镀Ag膜的均方根粗糙度,两种方法所得的均方根粗糙度的数值相差不明显,差值分别为0.08,0.11和0.09 nm, 表明TIS和AFM的测量结果相一致.利用该方法测得3块K9玻璃基片的总散射分别为6.06×10-4,5.84×10-4和6.48×10-4,表面散射介于1.25×10-4～1.56×10-4之间,由此计算得到的体散射分别为3.10×10-4,3.30×10-4和3.61×10-4.

提出了一种计算光学介质膜系表面总积分散射(TIS)的理论模型。该模型认为,介质膜系粗糙的膜层界面和表面为微观结构不均匀的微薄过渡区;过渡区可用折射率为不同常量的层数足够多的均匀子层来代替,同时这些均匀子层的折射率变化满足指数函数的分布规律。利用矩阵法对积分散射的表达式进行了推导。对于电子束蒸发方法在K9玻璃上沉积的ZrO2单层膜,分层界面散射模型对积分散射的理论计算值要比非相关表面散射模型的计算值更加符合总积分散射仪的实验测量结果。

根据钛宝石激光器的要求设计了性能优良的两种负色散镜(NDM1和NDM2)。NDM1同时引入啁啾效应和G-T效应产生大的群延迟色散量以减少光在负色散镜上的反射次数。NDM2仅引入G-T效应产生较小的群延迟色散以补偿腔内自相位调制带来的部分啁啾。选用离子束溅射法制备了这两种负色散镜。用分光光度计测试了它们的透射率。结果表明,所制备的负色散镜的性能与设计性能非常接近。使用这两种负色散镜进行掺钛蓝宝石激光谐振腔内色散补偿实现了飞秒脉冲锁模,获得了15 fs的超短脉冲。

简要论述了标量散射理论的研究进展做,着重介绍了Beckman的一维标量散射理论和几种典型的多层膜散射模型－非相关表面粗糙度模型、附加表面粗糙度模型和非相关体内不均匀模型,比较了这些模型在中心波长为632.8nm的11层高反膜的散射特性。结果表明,非相关体内的不均匀性引起反射能带边缘散射,反射能带内的散射主要由附加表面粗糙度引起。理想粗糙度对膜系反射带内的散射影响很小,对反射带边缘几乎无影响。预测了标量散射理论的应用领域及前景。

介绍了一种检测光学薄膜表面总积分散射(TIS)分布的总积分散射仪。对仪器的基本结构、理论基础、测量原理以及系统性能等进行了阐述,提出了抑制系统噪音和提高测量精度的有效措施。利用该仪器对K9基底上的银(Ag)膜和氧化锆(ZrO2)薄膜进行了测量,并根据标量散射理论得到了表面均方根(RMS)粗糙度。利用光学轮廓仪和原子力显微镜(AFM)分别测量了上述Ag膜和ZrO2薄膜的表面均方根粗糙度,并与总积分散射仪所得的粗糙度进行了比较。结果表明,根据测量的薄膜表面总积分散射计算得到的表面均方根粗糙度与光学轮廓仪及原子力显微镜测量得到的表面均方根粗糙度符合得较好,相差在0.01～0.13 nm范围内。

用电子束热蒸发方法在熔融石英基底上沉积了Al2O3和MgF2两种材料的单层膜,研究了两种材料的光学特性,采用光度法计算并给出了薄膜材料在180～230 nm的折射率n和消光系数k的色散曲线。以两种材料作为高低折射率材料组合,采用1/4波长规整膜系设计并镀制了193 nm的高反射膜,反射膜在退火后的反射率在193 nm达到96%以上。结果表明在一定工艺条件下Al2O3和MgF2两种材料能够在193 nm获得较好的光学性能,适用于高反射膜的制备。