为了研究特定模式下氟化物高反射薄膜的损伤机理, 采用相衬微分干涉显微镜、原子力显微镜和台阶仪对不同工艺条件下制备薄膜的损伤区域逐步进行对比分析, 在薄膜沉积温度增加后, 随着薄膜体内聚集密度的增加, 薄膜激光损伤阈值有所提升; 对于规整膜系, 体内驻波电场强度分布对薄膜损伤也有较大影响。结果表明, 根据薄膜损伤形貌和损伤深度综合推断, 制备的高反射薄膜损伤是由薄膜体内的聚集密度和电场强度分布所共同引起。该实验结果为下一步继续研究高性能激光反射薄膜打下了基础。

对用于193 nm减反射膜的基底材料和薄膜材料的光学性能进行了解析，同时对沉积技术和主要沉积工艺参数进行了分析与优化选择，并在此基础上进行了193 nm大角度入射减反射膜的设计、制备及检测，实现了入射角为68°~72°范围内单面透射率大于96%，剩余反射率小于1%。同时计算了线宽压窄模块棱镜在镀膜前后的单程能量损耗，肯定了实现大角度减反射膜的必要性。

在ArF准分子激光系统的应用中，光学薄膜元件激光诱导损伤的因素很多，因此在特定模式下分析薄膜损伤机理具有重要意义。采用热蒸发方法分别制备了LaF3和MgF2单层薄膜，以及LaF3/MgF2的半反射薄膜和高反射薄膜，对沉积的薄膜进行了ArF准分子193 nm激光的损伤阈值测量，并采用Nomarski显微镜观察了薄膜的表面缺陷和损伤形貌。实验结果表明，在薄膜的制备过程中，单层LaF3薄膜沉积后表面比较光滑，而MgF2薄膜则有少量的缺陷产生，缺陷随着薄膜层数的增加而逐渐增多。从薄膜的显微观测推断，在此工艺条件下制备的高反射薄膜损伤主要是由于大量缺陷引起。

在不同的沉积温度下，用热蒸发方法在熔融石英(JGS1)上制备了LaF3单层薄膜。分别采用分光光度计测量了薄膜样品的透射率和反射率光谱，反演得出薄膜的折射率和消光系数；采用原子力显微镜(AFM)观察了样品的表面形貌，并通过表面粗糙度计算得出总积分散射损耗；采用X射线衍射仪(XRD)测试了薄膜的晶体结构，由衍射谱图拟合得到衍射峰的半峰全宽，进而计算出薄膜晶粒的平均尺寸。实验结果表明，随着沉积温度的升高，LaF3薄膜的结晶状况明显变好，晶粒尺寸逐渐变大，膜层变得更加致密，薄膜的光学常数和折射率不均匀性均呈线性变化。沉积温度的增加对薄膜表面粗糙度的影响不明显，散射损耗在光学损耗中所占比例较小，所以光学损耗的变化主要由吸收损耗引起。

薄膜光学常数的精确测定对于设计和制备多层薄膜具有重要意义。在JGS1型熔融石英基底上，采用热蒸发沉积方法制备了不同厚度的LaF3单层薄膜样品，利用光度法来获取弱吸收薄膜和基底的光学常数，计算得到其在185~450 nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。实验结果表明，当膜层厚度较薄时，LaF3薄膜折射率表现出不均匀性现象。随着薄膜厚度的增加，薄膜折射率不均匀性减小。在求解过程中选用不均匀模型后，拟合结果与实际测试光谱曲线吻合得很好，提高了薄膜光学常数的计算精度。

降低薄膜的吸收对于氧化物薄膜在深紫外波段的应用具有重要意义，为此采用离子束溅射方法分别制备了用于深紫外波段的Al2O3和SiO2薄膜，利用光度法和椭圆偏振法相结合，计算得到其在190~800 nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。在此基础上，以这两种氧化物材料作为高低折射率材料进行组合，设计并制备了λ/4规整膜系的193 nm多层高反射膜。实验结果表明，退火前薄膜的光学损耗相对较大，其中散射损耗较小，吸收损耗是光学损耗的主要部分。退火后光学损耗明显减小，散射损耗随着表面粗糙度增加而略微增加，表明光学损耗的减小是由吸收损耗下降所引起的。通过工艺优化，改善了氧化物薄膜在深紫外波段的损耗状况，使其在深紫外波段具有较好的光学特性，退火后高反射膜的反射率在193 nm处达96%以上。

原子力显微镜(AFM)是评价亚纳米级表面粗糙度σRMS最主要的测试仪器，但其测试结果会因采样条件（采样间距、采样点数）及测量点位置变化而改变。以AFM测试超光滑光学基底随机表面为例，应用累积功率谱理论建立了确定合理采样条件的方法，避免了采样条件选取不当带来的数据丢失或冗余；通过全局优化选取测量点和局部优化选取测量点相结合，降低了样品表面区域性差异给测试结果带来的不确定性，并大大减少了获得可靠测试结果所需的测试量。上述工作为超光滑光学基底AFM测试提供了有效方案。

对用于ArF准分子激光器的CaF2衬底进行了表征实验研究。采用分光光度计测量了CaF2衬底的透射光谱和反射光谱，利用激光量热法测量了CaF2衬底吸收，分别利用原子力显微镜（AFM）和白光干涉仪（WLI）测量了CaF2衬底的表面粗糙度，并计算了功率谱密度（PSD）和表面散射，最后分别测量了CaF2衬底的荧光光谱、红外光谱和拉曼光谱。激光量热法测量5 mm厚准分子级CaF2衬底的吸收结果为922×10-6。AFM和WLI测得的CaF2衬底表面粗糙度均方根值分别为0.22和1.24 nm，计算表面散射损耗分别为0.005%和0.25%。荧光光谱在紫外（UV）级CaF2衬底中检测到Ce3+等杂质离子。红外光谱和拉曼光谱在CaF2衬底表面没有检测到水气和有机污染物。实验结果表明，激光量热法可以精确地测量和评价准分子级CaF2衬底的吸收，表面粗糙度的测量结果需要与散射的实测结果综合起来进行评价，荧光和红外等光谱技术是检测CaF2衬底内部痕量杂质及表面污染的有效手段。