为满足GREGOR望远系统末端的测试需求，实现对某些荧光光谱干扰信号的有效过滤和屏蔽，在可见光范围内设计并制备了一种高透射深截止多腔负滤光片。采用变迹函数不同级次的高阶迭代算法，通过设计厚度调制层来有效抑制通带波纹；在B270基底上采用离子束辅助反应磁控溅射的沉积方法进行制备，使用光控法和时间控制法相结合的方案对非四分之一膜层厚度进行监控。实验结果表明，实际制备结果与理论设计吻合较好，制备工艺可行性较高。所设计的多腔负滤光片膜系结构总层数为190层，总厚度约为20 μm，测得各通带透射率均大于90%，截止深度大于0.1%，反射带半峰全宽小于24 nm，最大位置偏差为2 nm，样品的均匀性良好，测试结果完全满足实际应用需求。

为提高弯月透镜表面的膜厚均匀性,对三级公自转行星系统中弯月透镜表面进行了膜厚均匀性的研究。构建了三级公自转行星盘的运动轨迹方程,并根据膜厚计算公式,建立了与三级盘倾角、公转半径有关的弯月透镜表面相对膜厚分布模型,采用电子束蒸发和离子束辅助沉积技术对分布模型进行了实验验证。此外,根据多次实验结果优化三级公自转行星系统结构参数,以提高弯月透镜表面的膜厚均匀性。实验结果表明,在未使用修正挡板技术的情况下,当公转半径为650 mm、倾角为60°时,可将弯月透镜凸面表面膜厚均匀性控制在±2.45%以内。

基于单色像差理论,确定同轴三反光学系统的初始结构参数,通过二次曲面系数为0的偶次非球面的高次项之间的平衡,校正离轴系统引起的非对称性像差,同时结合DMD(数字微镜器件)目标生成器,设计出一款采用离轴三反光学系统的平行光管,为坦克承载的被测光电设备提供室内模拟目标。本光学系统的设计指标是工作波段为0.2~1.2μm,有效焦距为3000mm,全视场为2°,F数为8。结果表明,系统各视场的波像差均优于λ/34(主波长λ=0.6328μm),传递函数MTF均优于0.71@36.5lp/mm,接近衍射极限,成像质量好。对系统进行公差分析之后,系统的传递函数值远优于0.6@36.5lp/mm,合理的公差分配使系统加工难度降低,装调检测更加方便容易。

以同轴三反像差理论为基础,运用仿真软件确定满足设计要求的初始结构参数,基于三镜同轴,入射光束离轴,主镜和三镜顶点相交的光学设计理念,设计出一种易于装调、精度保证的离轴三反光学系统。该系统结合数字微镜器件目标生成器为装甲车辆提供动态实时模拟目标。该光学系统的工作波段为200~1200 nm,焦距为2800 mm,视场为2°,入瞳直径为350 mm。设计结果表明,本光学系统最大相对畸变为0.1056%,各视场的波像差均优于λ/40(主波长λ=636.3 nm)。在70 lp/mm下,本系统的调制传递函数(MTF)均优于0.54,接近衍射极限,成像质量好,满足无穷远动态目标模拟需求;对加工和装配进行公差分析后可知,光学系统的MTF值大于0.4。

为了研究特定模式下氟化物高反射薄膜的损伤机理, 采用相衬微分干涉显微镜、原子力显微镜和台阶仪对不同工艺条件下制备薄膜的损伤区域逐步进行对比分析, 在薄膜沉积温度增加后, 随着薄膜体内聚集密度的增加, 薄膜激光损伤阈值有所提升; 对于规整膜系, 体内驻波电场强度分布对薄膜损伤也有较大影响。结果表明, 根据薄膜损伤形貌和损伤深度综合推断, 制备的高反射薄膜损伤是由薄膜体内的聚集密度和电场强度分布所共同引起。该实验结果为下一步继续研究高性能激光反射薄膜打下了基础。

对用于193 nm减反射膜的基底材料和薄膜材料的光学性能进行了解析，同时对沉积技术和主要沉积工艺参数进行了分析与优化选择，并在此基础上进行了193 nm大角度入射减反射膜的设计、制备及检测，实现了入射角为68°~72°范围内单面透射率大于96%，剩余反射率小于1%。同时计算了线宽压窄模块棱镜在镀膜前后的单程能量损耗，肯定了实现大角度减反射膜的必要性。

在ArF准分子激光系统的应用中，光学薄膜元件激光诱导损伤的因素很多，因此在特定模式下分析薄膜损伤机理具有重要意义。采用热蒸发方法分别制备了LaF3和MgF2单层薄膜，以及LaF3/MgF2的半反射薄膜和高反射薄膜，对沉积的薄膜进行了ArF准分子193 nm激光的损伤阈值测量，并采用Nomarski显微镜观察了薄膜的表面缺陷和损伤形貌。实验结果表明，在薄膜的制备过程中，单层LaF3薄膜沉积后表面比较光滑，而MgF2薄膜则有少量的缺陷产生，缺陷随着薄膜层数的增加而逐渐增多。从薄膜的显微观测推断，在此工艺条件下制备的高反射薄膜损伤主要是由于大量缺陷引起。

在不同的沉积温度下，用热蒸发方法在熔融石英(JGS1)上制备了LaF3单层薄膜。分别采用分光光度计测量了薄膜样品的透射率和反射率光谱，反演得出薄膜的折射率和消光系数；采用原子力显微镜(AFM)观察了样品的表面形貌，并通过表面粗糙度计算得出总积分散射损耗；采用X射线衍射仪(XRD)测试了薄膜的晶体结构，由衍射谱图拟合得到衍射峰的半峰全宽，进而计算出薄膜晶粒的平均尺寸。实验结果表明，随着沉积温度的升高，LaF3薄膜的结晶状况明显变好，晶粒尺寸逐渐变大，膜层变得更加致密，薄膜的光学常数和折射率不均匀性均呈线性变化。沉积温度的增加对薄膜表面粗糙度的影响不明显，散射损耗在光学损耗中所占比例较小，所以光学损耗的变化主要由吸收损耗引起。

薄膜光学常数的精确测定对于设计和制备多层薄膜具有重要意义。在JGS1型熔融石英基底上，采用热蒸发沉积方法制备了不同厚度的LaF3单层薄膜样品，利用光度法来获取弱吸收薄膜和基底的光学常数，计算得到其在185~450 nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。实验结果表明，当膜层厚度较薄时，LaF3薄膜折射率表现出不均匀性现象。随着薄膜厚度的增加，薄膜折射率不均匀性减小。在求解过程中选用不均匀模型后，拟合结果与实际测试光谱曲线吻合得很好，提高了薄膜光学常数的计算精度。

降低薄膜的吸收对于氧化物薄膜在深紫外波段的应用具有重要意义，为此采用离子束溅射方法分别制备了用于深紫外波段的Al2O3和SiO2薄膜，利用光度法和椭圆偏振法相结合，计算得到其在190~800 nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。在此基础上，以这两种氧化物材料作为高低折射率材料进行组合，设计并制备了λ/4规整膜系的193 nm多层高反射膜。实验结果表明，退火前薄膜的光学损耗相对较大，其中散射损耗较小，吸收损耗是光学损耗的主要部分。退火后光学损耗明显减小，散射损耗随着表面粗糙度增加而略微增加，表明光学损耗的减小是由吸收损耗下降所引起的。通过工艺优化，改善了氧化物薄膜在深紫外波段的损耗状况，使其在深紫外波段具有较好的光学特性，退火后高反射膜的反射率在193 nm处达96%以上。