随着星间通信系统的迅速发展，数据传输的精度要求不断提高。分光镜作为系统的核心元件，其光谱特性和面形精度直接影响整个系统的传输精度。本文基于薄膜干涉理论，选取Ta₂O₅与SiO₂作为高低折射率膜层材料进行膜系设计，采用电子束蒸发的方式在石英基板上制备高精度分光镜。同时根据膜层应力补偿原理建立面形修正模型，修正分光镜面形。光谱分析仪检测结果显示，分光镜在入射角度为21.5°～23.5°内，1563 nm透过率大于98%，1540 nm反射率大于99%。激光干涉仪检测结果显示，分光镜反射面形精度RMS由λ/10修正至λ/90（λ=632.8 nm），透过面形精度RMS为λ/90。

为提升光学镜头的成像质量，消除杂散光的影响，以K9玻璃为基底设计可见光波段平均反射率小于0.1%的减反射膜。采用电子束离子辅助沉积的制备方式，针对薄层敏感度高、光谱变化大等问题，通过建立稳定控制膜层厚度的数学模型来减小膜厚误差，提高制备精度和成膜稳定性。对减反射膜进行环测实验，优化调整工艺参数，侧重提高减反射膜的硬度和耐水煮能力。实验结果表明，最终制备出的减反射膜在420~680 nm波段内的平均反射率约为0.044%，最高反射率为0.071 2%，克服了以MgF₂为外层的减反射膜机械性能和化学稳定性较差的问题，满足工程应用低损耗、稳定可靠、高强度、可重复性制备的要求。

膜厚均匀性作为高精度光学薄膜的重要参数，对光学薄膜的性能起到至关重要的作用，特别是大尺寸高精度反射膜，对膜厚均匀性的要求极高。本文通过研究蒸发源的发射特性与膜厚分布，结合Mathcad软件建立精准数学及物理模型，编写自动程序，模拟修正挡板形状，极大地提高了薄膜制备均匀性修正的效率与准确性。通过该方法，在公自转行星蒸发沉积设备上制备了直径为320 mm的非球面深紫外反射镜，在紫外(240~300 nm)波段平均反射率大于97.5%，均匀性优于0.5%。本研究对大口径非球面薄膜的均匀性修正提供了理论基础与技术支撑。

偏振和位相调控分光膜是自由空间量子通信系统中不可缺少的光学元件，其性能直接影响通信质量，决定通信误码率。基于等效层设计理论，采用“介质+金属+介质”的特殊膜系结构，选用Ag金属和SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅三种介质膜料作为镀膜材料，实现石英衬底45°入射时，1500~1600 nm波段消偏振平均透射/反射比为8.5:91.5，在1530、1540、1550、1560 nm控制位相的分光膜。采用电子束蒸发离子辅助沉积技术，优化沉积工艺，制备了分光膜样品。检测结果表明：在45°入射条件下，1500~1600 nm波段光谱平均透射/反射比为8.53:91.47，在1530、1540、1550、1560 nm处透射光位相差控制在5.02°以内，反射光位相差控制在8.05°以内，满足通信系统分光比及位相控制的要求。此外，该分光膜通过了相应的环境试验测试，满足可靠性要求。