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。

为了消除RB-SiC反射镜直接抛光后表面存在的微观缺陷, 降低抛光后表面的粗糙度, 提高表面质量,针对大口径SiC的特性, 选择Si作为改性材料, 利用磁控溅射技术对2 m量级RB-SiC基底进行了表面改性。在自主研发的Φ3.2 m的磁控溅射镀膜机上进行基底镀膜, 利用计算机控制光学成型法对SiC基底进行了抛光改性。实验结果表明, 改性层厚度达到15 μm; 在直径2.04 m范围内, 膜层厚度均匀性优于±2.5%; 表面粗糙度由直接抛光的5.64 nm(RMS)降低到078 nm。由此说明磁控溅射技术能够用于大口径RB-SiC基底的表面改性, 并且改性后大口径RB-SiC的性能可以满足高质量光学系统的要求。

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.

全介质膜窄带滤光片因具有优良的光学性能、较强的工艺性和空间环境适应性被广泛应用于空间多光谱遥感仪器中，但锥光束入射导致的中心波长漂移问题严重影响此类窄带滤光片的光谱选择性能。为了研究光锥角对窄带滤光片透射率特性的影响，设计了非规整型全介质膜窄带滤光片，分析了高斯光束倾斜入射窄带滤光片导致透射率的变化，建立了非均匀照度下锥光束正入射时窄带滤光片等效透射率的求解模型，定量求解了等效透射率及中心波长漂移量，并对理论模型进行了实验验证。结果表明，锥光束正入射对窄带滤光片透射率的影响主要表现为中心波长的蓝移；在镀膜工艺相对稳定的基础上，理论模型的等效透射率预测精度优于中心波长的0.15%。所以，可以使用等效透射率求解模型定量计算锥光束正入射导致窄带滤光片透射率的变化，并利用中心波长漂移量修正后的设计数据指导滤光片镀膜，进而实现窄带滤光片的高精度光谱选择，这为解决介质膜窄带滤光片因锥光束入射导致的中心波长漂移问题提供了新的技术途径。

月基极紫外相机用于月球表面对地球等离子体层辐射出的30.4 nm谱线进行成像观测, 多层膜反射镜是月基极紫外相机的重要光学元件。 根据月基极紫外相机技术参数, 选择了B4C/Mg, B4C/Mg2Si, B4C/Al, B4C/Si, Mo/Si等材料, 对其周期厚度、 材料比例、 周期数等参数进行优化。 计算了以上材料组合在30.4 nm的反射率曲线。 考虑到月球环境的特殊性和材料的物理化学性质, 从中选择出Mo/Si和B4C/Si两种组合, 利用磁控溅射进行镀制。 Mo/Si和B4C/Si多层膜在30.4 nm反射率分别达到15.3%和22.8%。

研究了月球表面高温、强辐射的空间环境下Mo/Si多层膜的热稳定性和辐照稳定性。Mo/Si多层膜采用磁控溅射法镀制，将制备好的多层膜在100 ℃和200 ℃高温下加热，利用激光等离子体反射率计和X射线衍射仪(XRD)对加热前后的多层膜进行了测量。结果显示在200 ℃以内，多层膜反射率和中心波长没有显著变化，表现出良好的热稳定性。利用Monte Carlo方法模拟了质子在多层膜内造成的缺陷的分布和浓度分布。模拟显示，能量大的质子沉积在多层膜内部，造成的缺陷也集中在多层膜内部。用能量为60 keV，剂量分别为3×1012 cm-2和3×1014 cm-2的质子对Mo/Si多层膜进行辐照实验。发现多层膜内部出现了烧蚀损伤缺陷及节瘤缺陷。结果表明能量相同时，辐照剂量越大对多层膜反射率影响越大。

介绍了一种获得窄带宽截止滤光片的方法，即具有缺陷的多异质结结构，这种结构能够展宽光子晶体的禁带同时实现窄通带效应。通带的位置与缺陷的厚度及缺陷的位置有关，设计的窄带宽截止滤光片在光学领域中具有一定的应用前景。

利用磁控溅射制备碳化锗(Ge1-xCx)薄膜, 系统地研究了生长温度(Tg)对所获薄膜成分及性能的影响并揭示了它们之间的内在关系。研究发现所有Ge1-xCx薄膜样品均为非晶结构, 随着Tg从60 ℃增加到500 ℃, 膜中锗含量增加, 而碳含量相对降低, 这种成分的改变增加了膜中组成原子的平均质量, 进而导致薄膜折射率从2.3增加到 4.3, 这种折射率大范围连续可调的特性十分有利于Ge1-xCx多层红外增透保护膜的设计和制备。此外研究还发现, 随着Tg的增加, Ge1-xCx膜中Ge—H和C—H键逐渐减少, 这不但显著减小了薄膜在~5.3 μm和~3.4 μm处的光吸收, 而且显著提高了薄膜的硬度。这些结果表明, 提高生长温度是调制Ge1-xCx 薄膜成分、改善其光学和力学性能的有效途径。

利用磁控溅射方法在ZnS基底上设计并制备了一种Ge1-xCx双层膜，研究发现双面镀Ge1-xCx双层膜后，ZnS基底在 8～11.5 μm远红外波段的平均透过率提高了9.5%，硬度提高了近3倍，而且该双层膜还具有良好的热稳定性和耐热冲击能力。研究结果表明，此Ge1-xCx双层膜是一种高效的ZnS红外窗口增透保护膜。