随着激光技术的不断发展, 对应用于大功率、高能量激光系统, 以及激光防护系统中的光学薄膜器件提出了高损伤阈值的要求。但目前在激光损伤阈值的测量上, 还存在测量标准不统一、重复性不好、准确性差、相互结果难以比对等问题, 其主要原因在于不同的材料及膜系适用于不同的损伤识别方法。对目前国内外在损伤识别方法方面的研究进行了总结, 阐述了图像法、散射法、等离子闪光法, 等离子体光谱法等多种不同的损伤识别方法, 介绍了各种方法识别损伤的原理、特点, 以及损伤识别的效果, 期望对激光损伤阈值测试方面的研究具有参考和借鉴。

离子源作为一种离子束发射装置, 常用于光学薄膜的制备中, 但离子束中包含各种能量的离子, 在光学薄膜制备过程中严重影响着薄膜成型后的微观结构和性能。针对目前国内外离子源普遍存在输出能谱过宽的缺点, 以电磁场理论为基础, 并对各能级的离子运动轨迹进行了仿真分析, 设计了一种离子能量筛选器, 仿真结果表明, 经过筛选器筛选后能有效剔除过高和过低能量的离子, 偏离中心离子能量负100 eV的筛选率, 已达到82.24%, 在光学薄膜制备领域中具有良好的应用前景。

蓝藻是内陆富营养水体水华发生的主要优势藻种, 而藻蓝蛋白(Phycocyanin, PC)是蓝藻的标志性色素, 因此利用遥感估算水体中藻蓝蛋白浓度从而对蓝藻水华预警具有重要意义。利用太湖、滇池、洪泽湖的实测数据, 构建藻蓝蛋白随机森林遥感估算模型, 并将模型应用到哨兵3A-OLCI影像。通过对随机森林的输入自变量进行重要性分析, 发现第7波段(620 nm)、第8波段(665 nm)和第9波段(675 nm)三个波段对藻蓝蛋白反演的影响程度最大。同时, 反演结果表明, 随机森林反演的藻蓝蛋白浓度平均绝对百分比误差(MAPE)为34.86%, 均方根误差(RMSE)为38.67 μg/L, 与Simis等半分析算法和齐琳的PCI(Phycocyanin Index)指数模型相比, 平均绝对百分比误差(MAPE)分别提高了85.06%和15.65%, 均方根误差分别提高了26.08 μg/L和19.86 μg/L。利用地面实测数据对同步卫星影像大气校正进行精度评价, 发现MUMM(The Management Uint Mathematical Model)算法可以用于OLCI影像的大气校正, 尤其在560~779 nm处共8个波段的MAPE低于30%, 光谱曲线与实测光谱曲线形状保持一致。结果表明所构建的基于哨兵3A-OLCI影像的藻蓝蛋白随机森林反演模型, 可以成功的应用于我国的内陆富营养化湖泊, 为我国内陆湖泊藻蓝蛋白浓度的遥感反演提供一个新的算法。

低轨目标目前流行的类半球状布阵方式的远程角偏小，测距盲区较大。对角锥棱镜进行研究分析，依据角反射器光束入射角度允许变化范围，合理分布角反射器，设计了一机载激光反射器装置，外形尺寸为119 mm×88.8 mm，共有15个角锥棱镜，底面切割成正六边形，底面边长为15.5 mm，底面对边距为26.87 mm，有效通光口径为25 mm，高为19 mm。考虑到角反射器的速差效应及其补偿要求，角锥棱镜最大角误差为5″，面形最大误差为5″。通过合理设计，比较单层角反射器，增加了入射光允许的角度范围，大大减小了低轨目标的测试盲区。

针对平视显示器调试过程中视差检测主观性大，不能给出精确量的问题。基于机器视觉，研制了一套平视显示器视差检测装置。装置采用传统光学系统，利用CCD光电耦合器件手动调节，将大视场平行光管十字分划成像，对图像做处理，计算给出视差值。用装置和摆头法测试结果进行比较，结果表明该测试系统提高了平视显示器视差检测的精确度，整个系统的测量精度为28″。

针对平视显示器现场调试过程中视差检测存在主观性大、不易给出定量结果的问题，研制了一套用于平视显示器视差自动检测装置。本装置采用传统光学系统，利用CCD光电耦合器件将大视场平行光管分划像清晰成像，放入被测平显，再次将分划成像，并对此图像进行处理。通过自制计算软件，计算给出视差调节量，从而进行自动检测。利用这一装置与未采用自动对焦视差检测系统及摆头法3种方法进行测试对比。结果表明自动视差测量装置的检测精度最高，并具有良好的可重复性。整个系统的测量精度为28″。

椭偏法测试薄膜不能直接得到薄膜的光学参数，需进行数值反演算法近似求解。采用遗传算法，借鉴竞争选择、小生境和适应值调节思想，对选择算子、变异算子、交叉算子三个重要算子进行了适当改进，改进后算法有效防止了“早熟”现象，并搜索到了全局最优，降低了操作者对拟合模型设定初值的要求。在实践上，通过3种拟合方式的结果对比，得到了可靠的某条件下制备的类金刚石薄膜的光学常数，验证了改进遗传算法在拟合薄膜光学常数中的有效性。

类金刚石(DLC) 薄膜可用作红外增透保护膜,高的薄膜残余应力造成薄膜附着力下降是目前应用中存在的主要问题之一.本文从DLC薄膜作为红外增透保护膜的需求出发,采用非平衡磁控溅射技术生长DLC薄膜.实测了薄膜的残余应力,分析研究了薄膜残余应力在不同工艺条件下的变化情况.探讨了薄膜残余应力与薄膜厚度、光学透过率、离子能量、沉积速率以及能流密度之间的关系.研究结果表明,薄膜残余应力平衡值在0.9～2.2GPa之间,相应的单面镀膜样片的透过率在4μm波长处为69% ～ 63%,随工艺的不同而变化.工艺优化后薄膜残余应力显著下降.硅基底上薄膜与基底剥离的力的临界值大于2160GPa·nm,最大薄膜厚度≥ 2400nm;锗基底上最大薄膜厚度≥ 2000nm,可以满足整个红外波段的需求.

在薄膜的光学参数拟合时,操作者给定的模型初值对拟合结果有很大的关系.采用广泛用于求解复杂系统优化问题的模拟退火算法来求解薄膜光学常数,降低了操作者给定拟合模型初值的要求.通过对常规的模拟退火算法以及非常快速的模拟退火方法(Very Fast Stimulated Annealing,VFSA)分析,针对性地在模型扰动及退火计划上存在的缺陷作了改进,提高了VFSA算法的计算稳健性.通过大量的拟合实践,验证了提出的改进模拟退火方法的有效性.

由于椭偏光谱测量结果不能直接反映所测量样品材料的结构和光学性质，所以需要利用最小二乘法来拟合分析椭偏光谱数据得到光学常数。而椭偏光谱分析依赖于构建的模型，且可能存在多模型解，因此考虑模型的合理性就显得十分必要。本文采用椭偏法测量了类金刚石薄膜(DLC)的光学常数，分析并拟合了脉冲真空电弧离子技术镀制的类金刚石薄膜的椭偏光谱．获得了光学常数，并对拟合模型的合理性和测量结果的可靠性进行了分析。