时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO₂/SiO₂增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm²）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。

高透过率的窗口材料是光电系统高精度和稳定性的重要保障。金刚石材料集优良的光学特性以及高热导率、低热膨胀系数等特性于一身，是性能优异的宽波段窗口材料。但金刚石在可见光及红外波段的高折射率限制了它的进一步应用，构筑减反射微纳结构抑制金刚石表面反射损耗是较为有效的方法之一。本文综述了近年来金刚石减反射微纳结构的研究进展，着重介绍了微纳结构的减反射机理以及激光加工和离子刻蚀两类加工方式的基本原理及工艺条件，总结了两种方式制备的表面微纳结构对金刚石透过率的影响，对比了各类制备技术的优缺点，并简单介绍了金刚石的应用前景，旨在为相关领域的研究人员提供技术参考。

线性渐变透过率薄膜元件是光刻系统中光可变衰减器的关键元件。采用电子束蒸发实现了近线性248 nm渐变透过率光学薄膜的设计与制备。通过对敏感度进行计算和优化,基于减反膜基础膜系实现了低敏感非规整膜系的设计。采用紫外光控-晶控组合的高精度膜厚监控措施,可使膜厚的控制精度达到0.3%,误差容忍度达到0.5%。在248 nm S偏振光照射下,采用JGS1熔融石英基片以及Al2O3和SiO2膜料制备的透射膜,在入射角为21°~35°的范围内实现了透过率从10%到97.8%的线性调控,满足光可变衰减器的性能需求。

采用反应电子束蒸发技术在不同氧分压下制备了HfO2薄膜,并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、椭圆偏振仪、X射线光电子能谱仪、1064 nm弱吸收测试仪、1064 nm激光1-on-1损伤测试系统等,对HfO2薄膜的结构、光学性能、化学组分、吸收性能、抗激光损伤特性和损伤形貌等进行了表征和分析。当沉积温度为200 ℃时,所制备的HfO2薄膜为单斜多晶结构,晶粒尺寸约为10 nm。随着氧分压升高,薄膜的氧化程度随之增大,由化学计量比缺陷主导的薄膜1064 nm弱吸收系数变小,同时薄膜结构变得疏松,折射率随之降低。深入研究后发现,在采用反应电子束蒸发技术制备HfO2薄膜时,提高氧分压有助于抑制膜内纳米吸收缺陷和基底亚表面裂纹,提高HfO2薄膜抗1064 nm激光损伤阈值,对制备出基于HfO2薄膜的高性能光学元器件具有重要的参考价值。

综述了国内外科研人员在高性能偏振膜的研制方面开展的工作, 主要涉及偏振膜光谱性能、抗激光损伤阈值和膜层应力控制等方面的研究。针对我国神光系列装置对偏振膜的性能要求, 简述了中国科学院上海光学精密机械研究所采用电子束沉积技术在光谱性能、损伤阈值和面形精度三个方面开展的研究工作。给出了在薄膜设计、制备和后处理等方面进行的研究和取得的进展。结合上述研究成果, 得到了低缺陷密度、低应力的高性能偏振膜。 由本科研团队研制的布儒斯特角薄膜偏振器在在2012年和2013年SPIE激光损伤国际会议(SPIE Laser Damage)组织的全球性偏振膜激光损伤阈值水平竞赛中连续取得了p分量损伤阈值和平均损伤阈值最佳的结果。另外, 通过解决应力诱导膜层龟裂的重大技术问题, 在国内首先推出了大口径偏振片, 该大口径偏振片满足透射率TP>98%,反射率RS>99%的光谱性能要求和17 J/cm2(9 ns)的通量运行要求, 有力支撑了我国SGII-UP大型激光装置的稳定运行。

针对长距离时外参数标定实际操作难度较大，本文将标定靶杆作为外参数标定的媒介，而后采用双目交会方法进行相关精度验证。通过分析标定靶杆上合作标志物的世界基准坐标系坐标误差对相机内外参数的影响，从而确定最终双目交会时对实测合作目标的世界基准坐标系的影响。实验结果表明，为了使得合作标志物的测量坐标在项目要求的10 mm 精度范围之内，标定杆上合作目标的大地测量X 轴坐标精度须在0.621 9 mm 以内，Y 轴上坐标精度为13.341 2 mm，Z 轴坐标误差为0.729 1 mm。

为了满足姿态测量时对椭圆合作目标的高精度定位要求, 提出了一种基于灰度导数加权的椭圆拟合算法(WGG)。首先, 在进行预处理之后的二值图像上提取初始边缘点, 采用简单的代数拟合方法得到椭圆参数; 其次, 考虑二值化过程中的不确定因素会对提取边界点带来干扰, 根据原始图像中边缘灰度的渐变性, 利用边缘点的灰度导数值对其进行高斯函数拟合; 最后, 求取每一个边缘点的正交相切点, 并构造优化目标函数求取椭圆最优参数。实验结果表明, 对测试图像提取出来的椭圆拟合误差能达到0.013像素以内, 与真实值点的平均误差为0.017像素, 真实图像中椭圆的平均拟合误差为0.0086像素。对于不同的外界环境该方法都能获得更精确的亚像素边缘和椭圆中心, 具有很高的精确性和鲁棒性。

采用单台阶能量光栅扫描以及R-on-1测试两种不同预处理方式研究了激光预处理技术对532 nm HfO2/SiO2高反膜的阈值提升效果。用Nd: YAG二倍频激光对电子束蒸发制备的532 nm HfO2/SiO2高反膜进行1-on-1损伤阈值测试, 然后分别进行单台阶能量光栅扫描以及R-on-1测试。通过对损伤概率以及损伤形貌的分析, 发现激光预处理能够去除薄膜内低阈值缺陷, 达到提高损伤阈值的目的, 损伤阈值分别提高38%和30%。

用电子束蒸发技术在K9玻璃及YAG晶体上沉积了HfO2/SiO2多层膜，采用纳米划痕仪对薄膜的力学性能进行了研究。实验结果表明：沉积在YAG和K9的多层膜弹性模量分别为34.8 GPa和38.5 GPa, 基底对薄膜的弹性模量影响较小；YAG和K9上薄膜的粘附失效临界附着力分别为5 mN和7 mN，薄膜与YAG基底的结合状态较K9基底的差，并且呈现不同破坏模式。从薄膜之间及膜基界面处的界面结合状态和弹性模量两方面分析解释了YAG基底和K9基底上薄膜的不同力学行为。