在不同的氧分压下用电子束热蒸发的方法制备了氧化锆薄膜.用扫描探针显微镜、X射线衍射仪和分光光度计分别对薄膜的表面粗糙度、微结构和透射谱等特性进行了表征.实验发现,薄膜沉积中氧分压与薄膜性质及微结构有密切的关系.当氧分压由3.0×10-3Pa升高到11×10-3Pa,薄膜的表面粗糙度由3.012nm降低到1.562nm,而薄膜的折射率由2.06降低到2.01.此外,X射线的衍射还发现,薄膜是以四方相为主多相共存的,随着氧分压的增加,特征衍射峰强度逐渐减弱,最后完全变成非晶.

介绍了光学薄膜中包裹物微缺陷的危害，分析了它产生的根源、表征手段以及抑制办法。综述了在这一领域的研究进展和现状。

建立了缺陷吸收升温致薄膜激光损伤模型,该模型从热传导方程出发,考虑了缺陷内部的温度分布以及向薄膜的传导过程,通过引入散射系数简化了Mie散射理论得出的吸收截面.对电子束蒸发沉积的ZrO2:Y2O3单层膜进行了激光破坏实验,薄膜样品的损伤是缺陷引起的,通过辉光放电质谱法对薄膜制备材料的纯度分析发现材料中的主要杂质元素为铂,其含量为0.9%.利用缺陷损伤模型对损伤过程进行了模拟,理论模型和实验结果取得了较好的一致性.

用热蒸发方法沉积了薄膜滤光片.并将样品分别在去离子水中浸泡10天和30天.通过分光光度计、光学暗场显微镜、及扫描电子显微镜等多种测试手段,对诱导透射滤光片在潮湿环境下的稳定性进行了研究.实验发现,在潮湿环境下滤光片产生的膜层分离都是从薄膜中微缺陷点处开始发生和发展的,微缺陷是影响滤光片环境稳定性的重要原因之一,其中杂质和针孔是滤光片中两种最常见的微缺陷.EDS能谱分析进一步表明,薄膜中杂质缺陷成分即为Al2O3膜料本身,所以不能推测,薄膜沉积中的喷溅可能是微缺陷产生的根本原因,抑制喷溅可以有效提高薄膜滤光片的环境稳定性.最后还用扩散理论对微缺陷引起滤光片失效的机理进行了分析.

通过对主膜系添加匹配层并借助计算机对膜系进行优化,设计出结构规整、性能优良的1064 nm倍频波长分离膜。用电子束蒸发及光电极值监控技术在K9玻璃基底上沉积薄膜,将样品置于空气中在260 ℃温度下进行3 h热退火处理。然后用Lambda 900分光光度计测量了样品的光谱性能;用表面热透镜(STL)技术测量了样品的弱吸收值;用调Q脉冲激光装置测试了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)。实验结果发现,样品的实验光谱性能与理论光谱性能有很好的一致性,退火前后其光谱性能几乎没有发生温漂,说明薄膜的温度稳定性好;同时退火使样品的弱吸收减小,从而其激光损伤阈值提高。理论和实验结果均表明,对主膜系添加匹配层的方法是1064 nm倍频波长分离膜设计的较好方法。

多层介质反射镜在非正入射的时候,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。通过优化设计,入射角为45°,在1285～1345 nm之间p,s波获得了270°±0.15°的相移和99.5％以上的反射率。对使用的膜系进行了每层光学厚度的误差分析。用离子束溅射技术制备相位延迟膜,在大气中对样品进行不同温度的退火,用分光光度计测试了光谱特性和用椭偏仪测试了相位特性。结果表明,未退火的样品在相应波段获得了267.5°±0.5°的相移和99.6％以上的反射率;根据拟合分析,最外层的误差和折射率与设计值的偏差是发生相移偏小的主要因素;随着退火温度的升高、折射率变小和物理厚度变大,相移将变小。

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镀制了Al₂O₃材料的单层膜,对它们在空气中进行了250～400℃的高温退火.对样品的透射率光谱曲线进行了测量,计算了样品的消光系数、折射率和截止波长.通过X射线衍射仪(XRD)测量分析了薄膜的微观结构,采用表面轮廓仪测量了样品的表面均方根粗糙度.结果发现随着退火温度的提高光学损耗下降,薄膜结构在退火温度为400℃时仍然为无定形态,样品的表面粗糙度随退火温度的升高而增加.引起光学损耗下降起主导作用的是吸收而不是散射，吸收损耗的下降主要是由于退火使材料吸收空气中的氧而进一步氧化,从而使薄膜材料的非化学计量比趋于正常.

利用电子束热蒸发方法在K9玻璃基底上沉积氧化锆薄膜,并对其中一些样品用低能O₂⁺进行了后处理.采用表面热透镜技术测量薄膜样品表面弱吸收,采用显微镜观察样品离子后处理前后的显微缺陷密度.测试结果表明:经离子后处理样品表面的缺陷密度从18.6/mm²降低到6.2/mm²,且其激光损伤阈值从15.9 J/cm²提高到23.1 J/cm²,样品的平均吸收率从处理前的1.147×10^-4降低到处理后的9.56×10^-5.通过对处理前后样品的表面微缺陷密度、吸收率及损伤形貌等的分析发现，离子后处理可以降低薄膜的显微缺陷和亚显微缺陷,从而降低薄膜的平均吸收率,同时增强了薄膜与基底的结合力,提高了薄膜的激光损伤阈值.

在不同的氧分压下用电子束热蒸发的方法制备了ZrO₂薄膜.分别通过X射线衍射、光学光谱、热透镜技术、抗激光辐照等测试,对所制备样品的微结构、折射率、吸收率及激光损伤阈值进行了测量.实验结果表明,薄膜中晶粒主要是四方相为主的多晶结构,并且随着氧分压的增加,结晶度、折射率以及弱吸收均逐渐降低.薄膜的激光损伤阈值开始随着氧分压增加从18.5 J/cm²逐渐增加,氧分压为9×10^-3Pa时达到最大,值为26.7 J/cm²,氧分压再增加时则又降低到17.5 J/cm².由此可见,氧分压引起的薄膜微结构变化是ZrO₂薄膜激光损伤阈值变化的主要原因.