针对红外光学系统元件表面缺陷问题, 基于米氏散射理论定量分析了不同疵病等级光学元件表面散射特性, 讨论了光学元件表面双向散射分布函数(BSDF)的变化规律, 进而建立光学元件不同疵病等级的散射模型。在此基础上, 以双子望远镜系统为例, 利用ASAP光学分析软件对其主镜在不同疵病等级的情况下, 到达探测器像面上的系统自身热辐射通量及其分布进行了仿真计算, 并根据有效发射率的定义, 对系统杂散辐射性能进行了定量评价。研究分析发现: 光学元件不同疵病等级不仅会造成系统杂散辐射特性及其在探测器像面上的辐射通量分布发生变化, 而且还会导致其有效发射率发生变化。对主镜疵病等级分别为0、 I-10、 I-20、I-30、II 和 III的情况, 计算得到系统有效发射率分别为2.19%、2.34%、2.46%、2.59%、2.72%和3.08%。由此可见, 随着疵病等级的增加, 系统杂散辐射性能逐渐降低。实际工作中, 必须严格控制光学元件表面疵病等级。

在高功率连续激光辐照下，变形镜(DM)表面产生的热形变会对入射激光引入附加相位畸变，进而降低光束质量。利用有限元分析软件ANSYS 建立了变形镜模型，分析比较了变形镜与高反镜热形变的特点，并讨论了变形镜结构参数对入射激光相位特性的影响。研究结果表明：与高反镜相比，变形镜的热形变更为明显；变形镜极头间距越小，热形变带来的高频相位畸变越多；极头长度对高频成分的影响较大，极头长度越短，热形变带来的高频成分越多，因而适当增加极头长度能够降低热形变带来的高频相位畸变；增大极头直径能使高频畸变所占比例有所降低，但会减弱变形镜的校正能力，因而在实际设计时应综合考虑。计算结果可为变形镜的参数优化设计提供一定参考价值。

在考虑中红外高反膜系的非均匀吸收情况下，利用ANSYS 有限元分析软件，建立了带高反膜系的变形镜模型。定量分析了连续激光辐照下，变形镜的温升、热形变及其对光束质量的影响。研究结果表明，在使用有限元软件进行分析时，高反膜系的非均匀吸收不可忽略；变形镜极头间距越窄，热形变带来的波前畸变空间频率越高；当入射波前峰谷(PV)值与变形镜热形变面形PV 值相差不大时，热形变带来的影响最明显；在总吸收能量一定的情况下，入射激光功率越大，热形变对光束质量的影响越明显。此外，针对不同的换热条件，讨论了变形镜热形变对光束质量的影响，进而针对热形变的产生机理，提出采用局部换热方式降低变形镜的热形变。