多层膜光学元件的设计是基于理想的单色光进行的，然而光源发出的光束均存在光谱线宽，在非单色光条件下工作，元件的光学特性会偏离理论值。为了分析光束线宽对多层膜光学元件的光学特性影响，首先，基于薄膜辐射特性的部分相干理论，提出了准单色光束入射条件下多层膜光学特性计算方法；其次，通过数值模拟实验研究了光束线宽对窄带滤光片光学特性的影响。研究结果表明：随着线宽增大，滤光片透射通带的矩形度逐渐降低，半高全宽先降低后增大，其在滤光片的理论半高全宽附近取得最小值；光谱线型主要改变透射通带的透射率，对于透射谱线的矩形度以及半高全宽影响较小；为了保证窄带滤光片的通带形状，入射光束的线宽应当小于滤光片透射谱线的理论半高全宽的一半，光谱线型应当趋近于矩形线型函数。

为了有效抑制4.3 μm CO₂辐射对3 μm~5 μm中波红外目标信号的干扰，基于Needle随机插层优化算法，采用电子束蒸发方法，建立了石英晶振监控方式下多层超厚Ge/Al₂O₃薄膜生长误差的精确反演修正模型，实现了中波红外陷波滤光片的设计、精确反演与制备；同时，针对中波红外陷波滤光片存在的面型变化大的问题，采用预置基底面型方法，实现了中波红外陷波滤光片低面型调控。研究结果表明：随着镀膜时间的增加，高折射率Ge膜具有较好的生长稳定性，而低折射率Al₂O₃薄膜材料沉积比例因子变化高达11.9%，且呈规律性渐变趋势；所制备的中波红外陷波滤光片在4.2 μm~4.5 μm波段区间平均截止透过率小于0.3%；3.5 μm~4.05 μm及4.7 μm~5.0 μm波段的平均透过率大于95%，镀膜后的面型被有效控制在较小范围；膜层具有较好的复杂环境适应性，成功通过了GJB 2485-95中牢固性、高温、低温、湿热等环境试验考核。

在氟化钡光学元件上设计并制备多谱段减反射薄膜是提升光电系统探测性能的关键。在氟化钡基底上设计并制备了1064 nm激光/长波红外双谱段减反射薄膜。基于周期对称结构膜系导纳计算方法，以及拟合膜层周期数与参考波长的优化算法，开展了复合谱段减反射薄膜初始膜系的设计方法研究。使用热蒸发离子束辅助沉积方法制备了多层减反射薄膜。测试结果表明，该薄膜在1064 nm处透射率为94.0%，在8~12 μm长波红外谱段平均透射率为96.3%，在8.2 μm处的透射率高达99.4%。该激光/长波红外双谱段减反射薄膜具有良好的光学性能，可以应用于多模复合精确探测光电装备之中，对于提升探测系统的工作性能具有重大意义。

光学薄膜元件的面形偏差会导致高精度激光系统中传输光束发生波前畸变，严重影响光学设备的性能。传统的面形偏差控制技术是采用双面镀膜，但需要反复抛光基片以获得高精度面形，这会大大增加研制成本，限制该方法的使用。文中基于离子束溅射沉积技术，采用薄膜应力形变模型预测镀膜后面形变化情况，然后对待镀元件的镀膜面预加工出与变形方向相反的面形，来补偿镀膜后膜层应力造成的薄膜元件变形，最后在预加工好的基片上制备超低面形的宽带高反膜，实现了在550~750 nm的工作波长下反射率R≥99.5%，面形PV≤0.15λ@632.8 nm。此项技术是通过标定薄膜材料的力学参数，预测在相同工艺条件下任意多层膜的面形变化，实现在超宽光谱设计的同时引入力学同步设计，制备出满足光、力双重指标的高质量光学薄膜。

偏振是光的固有属性，当光与物质发生相互作用后，通过解构偏振态变化，可以获取材料组成和结构的重要信息。这一特性使得光的偏振具有很高的研究价值和应用前景。近年来，偏振成像、偏振信息等研究领域蓬勃发展，引起国内外学者的广泛关注。高效地获取偏振信息是该领域发展的关键技术，然而传统的偏振信息探测及获取方案有着各种不足，制约了偏振信息技术的持续化发展。超表面技术使得人们得以根据需求操控光的相位、振幅、偏振等，同时具有微型化和集成化的优势。文中以全矢量偏振信息的获取为出发点，以基于阿基米德螺旋结构的圆偏振探测器为引子，主要介绍基于超表面结构实现偏振信息探测技术的发展过程及研究现状，包括金属超表面偏振探测器、介质超表面偏振探测器以及超表面偏振成像等研究内容，最后展望了基于超表面结构的偏振信息探测技术未来的发展趋势。