极紫外(EUV)宽带多层膜的光谱性能对膜厚控制精度要求较高，仅由时间控制膜厚的镀膜系统难以满足其精度控制要求。本文提出了基于进化算法的宽带EUV多层膜离散化膜系设计方法，与传统膜系设计相比，离散化膜系所制备多层膜具有更为优良的EUV反射光谱性能。为验证离散化膜系设计在宽带EUV多层膜研制中的优越性，采用磁控溅射方法对具有离散化膜系的宽带多层膜反射镜进行了制备和测试。测试结果表明: 研制的宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°~17°，高于41%的反射率; 研制的堆栈宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°~18.5°，高于35%的反射率; 研制的宽光谱多层膜反射镜可实现波长带宽为12.9~14.9 nm，高于21%的反射率。

提出了一种基于量子遗传算法的宽带极紫外多层膜的离散化设计方法, 解决了在膜系设计中普遍采用的遗传算法存在求解精度低的问题.同时在基于量子遗传算法的膜系设计方法中对膜系进行了离散化设计, 解决了在仅由时间控制膜厚且沉积速率较大的镀膜系统中的膜厚高精度控制的问题.依据量子遗传算法的膜系设计结果采用磁控溅射镀膜系统镀制宽带极紫外多层膜.测试结果表明, 宽角度极紫外多层膜的入射角为0°~15°, 反射率达45%以上; 宽光谱极紫外多层膜的入射波长为13~15 nm, 反射率达20%以上.相关研究工作为宽带极紫外多层膜的研发提供了另一种可供选择的且较优的搜索优化算法, 同时该算法结合实验, 实现膜厚的离散化设计, 使镀制出的多层膜具有较好的光谱性能.

掠入射X射线反射(GIXR)由于检测精度高且对检测薄膜的无损伤而被广泛用于薄膜检测和高精度表征。GIXR是一种基于数值拟合的间接检测方法, 因此在薄膜微观结构的求解, 特别是复杂多层膜膜系的求解过程中对数值优化算法的要求较高。为此提出了基于量子衍生遗传算法(QIGA)的薄膜GIXR拟合求解方法, 并基于QIGA对Si单层膜和等周期Mo/Si多层膜的GIXR分别进行拟合求解。结果表明, 该方法具有求解速度快、拟合精度高的明显优势, 说明QIGA在光学薄膜表征方面有潜在的应用价值。

大尺寸中阶梯光栅具有大孔径和极高的衍射级次, 可以实现普通光栅难以达到的极高光谱分辨率。中阶梯光栅通常是利用刻划机在厚铝膜上刻划而成, 所以制备大面积均匀性的高质量铝膜刻划基底是实现高性能大尺寸中阶梯光栅的关键因素。在较厚铝膜的制备工艺中, 基底温度是至关重要的工艺参数。本文通过电子束热蒸发镀铝工艺在不同基底温度下制备了厚铝膜样品, 并利用原子力显微镜、扫描电镜等手段从宏观和微观尺度详细分析了基底温度对铝膜质量的影响。铝膜平均晶粒尺寸从100 ℃时的26434 nm增大到200 ℃时的38497 nm和300 ℃时的59635 nm, 表面粗糙度Rq从100 ℃时的347 nm增长到200 ℃时的589 nm和300 ℃时的951 nm。结果表明, 随着基底温度的升高表面粗糙度迅速增大, 铝膜的表面质量严重退化。

大口径反射镜是大型反射式光学系统中关键的光学元件，在工作波段的反射率直接决定了光学系统的性能。随着地基、天基观测设备的发展，对大口径反射镜高反射膜提出了更宽的工作波段、更高的反射率、更好的环境适应性等要求。针对这些挑战，各种新的膜系结构、新的镀制方法、新的膜层材料纷纷出现，满足了大口径反射镜高反射膜的各种需求。本文对近些年国内外的大口径反射镜高反射膜研究进展予以综述，并预测大口径反射镜高反膜制备的技术趋势将由铝反射膜向银反射膜、由热蒸发向磁控溅射发展。

基于聚类全局优化算法提出了一种新的薄膜设计优化方法,它可以迭代地改变初始膜系结构,相比传统的局域优化技术,能够计算得更加全面、彻底.即使初始膜系和设计目标差距非常大,这种聚类全局优化方法依然能够优化出很好的结果,克服了传统局域优化方法的缺点.利用可见到红外宽波段增透膜的实例证实了聚类全局优化方法在处理薄膜设计问题上的能力与优势.

设计并制备了808 nm波长布拉格反射波导激光器, 在垂直方向采用光子带隙效应进行光场限制, 实现了超大光模式体积和单横模激射。所制备的10 μm条宽、未镀腔面膜的器件在室温、准连续条件下的总输出功率可超过650 mW, 最高功率受热扰动限制。激光器垂直方向和水平方向的远场发散角半高全宽分别为8.3° 和8.1°, 这种近圆形的光束输出可以有效地提高激光器的耦合效率。