本文研究制备了可应用于高功率CO2激光器的CVD金刚石窗口。首先使用环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置沉积制备直径2英寸(1英寸=2.54 cm)金刚石自支撑膜, 然后将膜片双面抛光, 激光切割成矩形基片, 再采用蒸镀法在基片表面制备中心波长在10.6 μm的增透膜, 最终制备得到金刚石光学窗口。采用傅里叶红外透射谱、热导仪、爆破试验台测试了金刚石基片镀膜前后的红外透过率、热导率和爆破强度。利用自行搭建的光学平台, 测试了CVD金刚石基片增透膜能承受的激光功率密度。结果显示CVD金刚石基片在10.6 μm处的透过率为70.9%, 利用光谱计算的吸收系数为0.06 cm-1, 热导率＞19.5 W/(cm·K), 爆破强度＞5.62 MPa, 镀膜后的透过率为99.2%, 增透膜可承受的激光功率密度＞995 W/mm2。

折衍混合透镜具有重量轻和结构紧凑的特点, 在空间光学仪器等方面有一定的优势。结合物镜设计要求的工作波段 3.7～4.8 .m、焦距 64 mm和 F数 1.6等参数, 采用了含有平面衍射微结构的 3片式分离镜片, 物镜总长度和重量得以明显减少, 减少约 40%。镜片选用了常用的红外光学材料硅和锗, 设计对公差的要求较为宽松, 得到的弥散斑半径小于 9.5 .m, 各个视场的 MTF值在 17毫米线对处均达到 0.8。硅平面镜表面的衍射微结构可以用 4次套镀薄膜的方法来实现 16个台阶, 分析了衍射微结构可接受的加工误差范围。选用 SiO和 ZnS膜层来减少镜片表面反射损失, 波段内物镜的光学效率达到 93%。

在先进遥感仪器的性能表征中,偏振灵敏度是很重要的性能指标之一,它在量化高精度遥感信息反演中非常重要。光学薄膜是仪器偏振灵敏度控制中非常重要的一种手段。基于薄膜光学的传输矩阵理论,根据偏振灵敏度控制要求开展了几类光学薄膜的设计、分析和研制工作,主要包括金属反射膜、介质-金属-介质分色膜、介质分色膜、增透膜和带通滤光膜等。给出了一些已研制光学薄膜的偏振灵敏度控制的实测结果和以此研制的遥感仪器的系统偏振灵敏度的控制情况。

二氧化硅(SiO2)是一种重要的光学薄膜材料，通常采用电子束蒸发辅以离子束轰击的方式沉积，但在某些情况下，不能借用氧离子束的轰击。着重研究了不同沉积温度下无离子源辅助制备的二氧化硅薄膜的光学特性。通过直接在线的光学监控方式，获得薄膜生长过程的透射率曲线，并得到薄膜在真空中的折射率。采用真空在线光谱扫描和大气中离线的光谱扫描，结合光度法拟合得到薄膜折射率。结果表明由于基片温度的变化，二氧化硅薄膜的折射率会随着薄膜的厚度而改变，随着沉积温度的升高而变大，折射率值在1.34~1.41之间。

光学薄膜的光学特性是薄膜设计与制备的基础。硅材料是红外光学薄膜中一种重要的高折射率材料。研究了在不同沉积温度下非晶硅光学薄膜的折射率和消光系数的变化。结果表明，在200 ℃时，硅薄膜折射率最大，消光系数随温度升高而减小。

采用琼斯矩阵进行系统偏振分析，提出了一种基于全内反射的偏振相位差快速测量方法。采用光学薄膜特征矩阵理论对薄膜进行光学特性分析，导出了通过测量全内反射偏振相位差以获取体材料折射率以及膜层厚度的关系式。实验采用该方法获得了K9玻璃的色散曲线，分析了其膜层厚度的监控灵敏度，并与透射率监控方式进行比较。研究结果表明：采用该方法获得的K9玻璃色散曲线与标准曲线非常吻合；该方法相较于透射率监控具有更高的厚度监控灵敏度和折射率测量精度。

通过化学溶液体系中反应温度与原料配比的控制合成了第一吸收峰在833～1700 nm范围内可调的PbS量子点.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM) 、吸收光谱等手段研究了化学溶液法制备的PbS量子点形貌、尺寸分布以及近红外吸收等特性.所获得的量子点尺寸分布均匀, 直径在2.6 ～7.0 nm范围内可调.基于PbS量子点的红外吸收特性, 通过表面修饰方法在原子层沉积技术(ALD)生长的TiO2薄膜上构筑了FTO/TiO2/PbS/Au光伏器件结构, 并初步研究了光电流与量子点特征吸收的关系等光电转换特性.

设计并制备了一种在45°斜入射条件下使用的金属Ag消偏振反射镜,这种反射镜可以实现对目标波长810 nm和850 nm光线的反射,并保持线偏光的偏振方向和偏振消光比。为了消除s和p两偏振分量的分离,在金属Ag膜层上方添加了介质多层膜结构,并利用软件对膜系的结构进行了优化,设计结果的能量和相位特性满足目标需求。介质多层膜选用TiO2和SiO2分别作为高、低折射率材料,薄膜的制备采用了离子束辅助沉积工艺,并利用石英晶体振荡监控膜层厚度。得到了消光比达到10 000∶1以上的样品,实现了光学薄膜器件对能量和相位的控制,满足了偏振编码空间光通信试验的需求。

利用组合套镀法布里珀罗结构光学薄膜滤光片间隔层的方法，选取锗和一氧化硅分别作为高低折射率膜层材料，在短波红外区域2.0～2.4 μm光谱范围内，设计并制备了8通道集成窄带滤光片，单个光谱通道的有效通光区域的宽度为450 μm，其间有30 μm的挡光过渡带。各通道的峰值光谱透射率大于65%，滤光片的半峰全宽为8～13 nm，相对带宽在0.33%～0.65%之间。

一氧化硅(SiO)薄膜是中短波红外区最常用的光学薄膜之一，高的聚集密度对于提升光谱稳定性和光学薄膜元件的品质非常重要.选用纯度为99.99%的SiO块状材料，在5×10-4 Pa背景真空中用钼舟蒸发沉积，石英晶振仪将沉积速率控制在1.2~1.5 nm/s范围，硅基片上的膜层厚度约为2.2~2.4 μm，在不同沉积温度下制备样品.用傅里叶红外光谱仪分别测试新鲜薄膜和充分浸湿薄膜的光谱曲线，根据波长漂移理论，计算出薄膜的聚集密度.结果表明：聚集密度随沉积温度的升高而增加，从常温沉积的约0.91上升到250 ℃沉积的0.99以上.