以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标，基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论，建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型，提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时，将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中，分析了多扫描视场下的初级波像差以及均方根（RMS）波前差，并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。所得研究结果对层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调实验具有理论指导和工程化意义。

减反射微纳结构表面具有宽光谱、宽角度抗反射的优异光学性能，在光电池、光探测领域有广阔的应用前景。但微纳结构表面的周期结构单元微小，容易受到外界环境影响而损伤。为增强微纳结构表面微纳结构单元的机械稳定性，提出并制备了复合网栅减反射微纳结构表面，在硅基底上构建氧化硅复合网栅结构，实现了对内部微纳结构单元的保护作用。经过光学反射率测试，所制备的复合网栅微纳结构表面在3~5 μm宽谱段、0°~40°宽角度内的平均反射率小于4%。此外，利用胶带剥离法测试网栅结构对微纳结构的保护作用，实验结果表明，带有网栅结构的微纳结构形貌并未产生损伤且减反射性能保持良好，最终证明设计的网栅结构具有力学保护性能。该研究将有助于推动微纳结构表面在高精度光学探测领域内的应用。

对于深穿透类型的屏蔽计算, 为了得到较为可信的统计结果, 蒙特卡罗方法(MC方法)需要模拟大量的粒子, 巨大的计算时间是其存在的主要问题。源偏倚和权窗技巧能够有效降低深穿透问题的计数误差。开展了基于共轭离散纵标(SN)的MC减方差方法研究, 根据SN方法的共轭注量率计算并生成了源偏倚和权窗参数, 编写了JMCT程序的源抽样子程序, 并且在秦山一期测量值基础上进行了验证, 成功应用到CAP1400压力容器快中子注量率和堆腔中子和光子剂量率计算中。数值结果表明, 对于深穿透屏蔽计算问题, 和无偏的MC方法相比, 基于共轭SN的MC减方差方法能够在保证结果精度的前提下, 提高计算效率1~2个量级。

Ti-6Al-4V合金具有强度高、抗蚀性优异、生物相容性好等优点, 常用于制造医用多孔的植入体材料, 但对多孔材料结构的成型工艺有一定的约束。基于选区激光熔化成型技术(Selective Laser Melting, SLM), 结合自行设计的拓扑优化多孔网格结构, 按照拓扑优化的结果重新建模成单元结构, 进行了3组特殊结构(螺旋结构、拱形桥结构、薄壁件与小孔)的制造实验, 并且分析对比了热处理前后SLM制造的Ti-6Al-4V合金的显微组织和拉伸性能。研究结果表明, SLM成型的三种螺旋结构中, 除30°螺旋结构以外, 其他两种都能够完整成形, 满足拓扑单元结构成形角度(≥45°)的制造, 30°螺旋结构通过在迎向刮刀锐角面下加少量支撑也能成形; 拱形桥实验中, 能够完整成型不发生塌陷的最大拱桥尺寸为φ=8 mm, 推导出最大的可悬垂长度为0.70 mm, 满足拓扑单元结构最大拱桥尺寸(8 mm)要求; 壁厚为0.10 mm的薄壁结构由于激光光斑尺寸的约束, 成形尺寸增大了0.05 mm, 可能会造成1 mm边长尺寸成单元拓扑结构孔隙率的减小; 小孔实验成形最小孔径为0.10 mm, 满足多孔拓扑优化结构最小孔制作要求; SLM制造直接态和热处理态Ti-6Al-4V合金试样基本的力学性能均能达到ISO制定力学性能标准, 且超过铸造态的水平, 但延展性能仍不及锻件。热处理态比直接态的延展性好, 直接态组织为针状的α′相马氏体组织; 当热处理温度达到750 ℃时, α′相会开始发生扩散分解, 从而在相界面析出白色的β相小颗粒。

通过激光损伤实验，系统分析了传统研磨抛光加工工艺中表面杂质、刻蚀时间、亚表层缺陷和划痕宽深比对熔石英元件激光损伤阈值的影响。结果表明：擦洗后熔石英元件的激光损伤阈值为21.6 J/cm2，未经擦洗的元件的激光损伤阈值为11.28 J/cm2，受表层杂质影响激光损伤阈值大幅度降低，而有缺陷位置处的激光损伤阈值明显比无缺陷位置处的低。刻蚀时间的增加会使工件表面粗糙度和缺陷尺寸逐渐增大，导致光学元件激光损伤阈值大幅度下降，因此需要合理选择化学刻蚀时间。亚表层缺陷会对入射光场产生调制作用，造成局部区域反射光、散射光及入射光相互叠加，最终导致材料破坏而产生激光损伤。随着刻蚀时间的增加，划痕的宽深比会逐渐增大，可以逐渐减弱划痕对光场的调制作用，从而降低激光损伤发生的概率。

基于压痕实验和连续刚度测量法得到了熔石英材料硬度和弹性模量随压入深度的变化曲线,系统分析了材料由延性到脆性转变的过程,确定了熔石英晶体在静态/准静态印压和动态刻划时产生裂纹的临界载荷和临界深度。渐变载荷刻划实验结果表明,划痕过程诱发的裂纹对法向载荷有很强的依赖性,载荷较小时材料去除方式为延性域去除。随着法向载荷的增加,首先产生垂直于试件表面的中位裂纹和平行于试件表面方向扩展的侧向裂纹,而在试件表面上并没有产生明显的特征。载荷进一步增加后,侧向裂纹扩展并形成了明亮区域,最终诱发了沿垂直于或近似垂直于压头运动方向扩展的径向裂纹,实现了材料的脆性去除。

对传统的静态刻蚀方法进行了改进,提出了一种光学元件兆声辅助化学刻蚀新方法,并对传统静态刻蚀与兆声辅助化学刻蚀效果进行了对比分析,综合考虑刻蚀液的配比、刻蚀时间、添加活性剂种类和功率对光学元件激光损伤阈值的影响,通过正交设计实验优选出最佳的兆声辅助化学刻蚀工艺参数。结果表明：兆声清洗对各类杂质的去除效果要明显好于手工擦洗,兆声辅助化学刻蚀比传统的静态刻蚀有更高的刻蚀速率,在兆声的作用下刻蚀液能够进入到传统静态刻蚀难以进入的微裂纹中,对微裂纹等缺陷的刻蚀效果更为明显,能够将熔石英元件激光损伤阈值进一步提高。

采用熔体法生长Ⅱ-Ⅵ族碲化物体单晶时, 不同的生长条件及热经历过程会导致生长态晶体材料中, 占主导的点缺陷类型存在较大的差异, 进而影响了晶体的物理性能及器件的使用。 低温光致发光(PL)谱作为一种无损检测方法, 可以用于研究不同条件下生长的Ⅱ-Ⅵ族碲化物体单晶中的点缺陷和杂质的能级状态。 对比富Te条件下生长的未掺杂ZnTe和CdTe晶体在8.6 K下的PL谱可以发现, 电阻率较低的p型ZnTe晶体, 其PL谱中, 电子到中性受主复合发光峰(e, A0)强度高于施主-受主对复合发光峰(DAP), 而高电阻率阻n型CdTe晶体则刚好相反, 这可能是由于生长速率及降温过程的热经历不同导致占主导的本征点缺陷类型不同造成的。 按化学计量比生长的未掺杂CdZnTe晶体, 其PL谱中自由激子发光峰(D0, X)占主导, 而(e, A0)峰强度高于DAP峰, 变温PL谱测试表明当温度高于15 K时, (e, A0)峰与DAP峰逐渐叠加在一起。 In掺杂导致在富Te条件下生长的CdZnTe晶体的PL谱中产生明显的A中心复合发光峰, 与导带的能量差约为0.15 eV, 主要与In补偿Cd空位形成的复合体［In+CdV2-Cd］-有关, 且其强度与In掺杂元素的含量成正比。