为了研究真空环境对光学薄膜的影响, 将离子辅助沉积制备的1064nm强光反射膜样品放置于真空度优于1×10-5Pa的不锈钢真空室, 实验观测其反射率和吸收损耗随放置时间的变化。结果表明, 样品在真空环境放置335h后, 其反射率从99.9823%下降到了99.9543%, 吸收损耗从6.8×10-6上升到了59.5×10-6,用酒精乙醚混和液擦拭后其光学性能完全恢复,样品表面的污染层厚度随时间增加;操作过程中的人为因素是导致强光反射膜元件光学性能持续下降的主要原因。这一结果对高能/高功率激光光学元件在真空应用环境中稳定性的提高是有帮助的。

低温辐射计是目前国际上光辐射功率计量中准确度最高的测量系统, 其光辐射测量不确定度可达10-5量级, 目前国内仅有少数研究机构从国外引进低温辐射计开展计量研究, 亟待发展国产低温辐射计替代进口产品。 由于低温辐射计采用低温超导状态下的电替代测量原理进行光辐射功率测量, 发展低温辐射计的难点之一在于研制黑体吸收腔这一核心光辐射接收器件, 并要求黑体腔在各波长下的吸收率都要达到0.999 9以上。 为研制超高光谱吸收率的黑体吸收腔, 系统性分析了各影响黑体腔光谱吸收率因素, 在此基础上利用蒙特卡罗光线追迹方法重点研究了光谱波长、 腔体长度、 黑材料漫反射系数、 黑材料吸收率和入射光空间位置等对斜底黑体腔光谱吸收率的影响。 研究结果表明： 在300～1 100 nm波长范围内黑体腔吸收率与其内壁涂黑材料的吸收率呈正相关, 且在300～1 000 nm范围内的吸收率都达到了0.999 9以上, 其中在700 nm处的吸收率取得最大值0.999 941 5, 表明采用该类型黑材料的黑体腔只在300～1 000 nm范围内满足低温辐射计设计要求, 后续需要根据仿真和测试结果对低温辐射计在不同波长下的光电不等效性进行修正; 在黑体腔结构和口径确定的情况下, 黑体腔吸收率将随腔长增加而逐渐升高, 在40 mm后变化趋缓, 并在65 mm后逐渐趋于平衡, 考虑到低温辐射计低温舱对腔体尺寸的限制, 认为腔体长度与口径之比为6.5时较为合适; 黑体腔吸收率还受黑材料的漫反射系数影响, 随着黑材料漫反射系数的提高, 腔体吸收率呈现近似线性下降, 所以在选择黑体腔涂黑材料时, 在吸收率等指标相同的情况下应尽量选择镜面吸收黑; 黑材料吸收率从0.8到1的变化过程中, 腔体吸收率提升了0.05个百分点, 且黑材料吸收率为0.92时腔体吸收率可达到0.999 9以上, 表明黑材料在其有效工作波长范围内任一点的光谱吸收率都要大于0.92; 腔体吸收率还受入射光投射的空间位置影响, 光线位置越靠近斜底腔顶点处, 腔体吸收率越高, 但整体吸收率变化不明显, 光线位置对腔体吸收率影响只有不到0.004个百分点, 几乎可以忽略, 认为斜底腔不同位置处的吸收率是均匀的。 研究结果对低温辐射计黑体腔研制有一定参考价值。

气体的光谱吸收率是Lambert-Beer定律对气体进行定性定量分析的重要依据, 光谱吸收率积分值是描述气体吸收特性的一个重要参量。 根据所测气体的吸收光谱图, 通过从HITRAN数据库中查询得到所需数据, 选择其中一条吸收光谱, 计算出光谱吸收率在频域上的积分值, 然后把积分值代入Lambert-Beer定律便可以求出所测气体的浓度值。 计算光谱吸收率的积分值, 能够避开复杂的线型函数的计算, 不需要通过标准气体进行校准, 从而更加简捷、 快速地求出气体浓度值。 鉴于温度变化会引起相应的压强的变化, 同时在压强不随温度变化以及压强随温度共同变化这两种情况下, 对光谱吸收率积分值随温度的变化规律进行了研究。 总结出在这两种情况下, 光谱吸收率在频域上的积分值总是随着温度的增加而增加, 当增加到一定温度时, 光谱吸收率在频域上的积分值随着温度的增加而减小, 最后趋于稳定, 但是两种情况下光谱吸收率积分值变化趋势的范围有所不同。 最后通过实验验证计算光谱吸收率在频域内的积分值时需要同时考虑温度的变化以及温度导致的相应的压强的变化, 此时吸收率积分值相对误差约为1%; 只考虑温度的变化而不考虑压强随温度的变化, 吸收率积分值的相对误差值大于1%而且逐渐变大。 研究温度对光谱吸收率积分值的影响, 可以在使用光谱吸收率积分值计算气体浓度时, 选择合适的温度范围即更稳定的吸收区, 从而减少温度对测量结果带来的误差。

考虑在轨绝对辐射定标基准辐射计(ARCPR)要求其测量太阳总辐照度(TSI)的TSI腔的吸收比优于0.999 9，同时测量不确定度在0.001%以下， 本文提出采用在空间和低温环境下性能优越的圆柱形斜底腔作为标定太阳总辐照度的黑体腔，并对斜底腔吸收比进行了测量与研究。介绍了斜底腔的特性，分析了低温辐射计多使用斜底腔作为黑体腔的原因。阐述了替代法测量腔体吸收比的原理，增加了参考光路用于监测激光功率，以提高测量重复性和准确性。通过测量信号与参考光路信号的比值计算了斜体腔的吸收比，并对测量结果进行了不确定度分析。测试实验显示，斜底腔吸收比为0.999 928±0.000 005， 优于ARCPR对标定黑体腔的要求,验证了将斜底腔作为测量太阳总辐照度的TSI腔的可行性。实验还表明: 计算信号电压与参考电压比值，通过比值计算腔体吸收比的方法可以提高测量结果的不确定度，适用于测量超高吸收比腔体的吸收比。

载玻片在液体光学测量、微生物学和基因学等领域实验中应用广泛, 其光学性能直接影响实验结果。提出了透射法测量载玻片光学常数的方法, 建立了载玻片透射比计算模型及其光学常数反演模型。通过TU-19双光束可见光分光光度计测量1.5mm和2.0mm厚度载玻片样品在310~600nm波长范围的透射光谱, 结合透射光谱利用光学常数反演模型, 得到了载玻片的光学常数。结果表明, 载玻片的衰减系数在10-6~10-8之间, 折射率在1.5~3.3之间。

激光弱吸收是导致光学薄膜损伤的重要原因.在(5～43)mPa的氧分压下制备并测试了一组HfO2薄膜.实验发现,当氧分压小于20 mPa时,薄膜弱吸收越大,损伤阈值越低;当氧分压大于20 mPa时,薄膜的损伤阈值与弱吸收并不一一对应,具有较高弱吸收的薄膜可能同时具有较高的损伤阈值.建立了缺陷模型,采用有限元法模拟了缺陷对弱吸收测量和损伤阈值测量的影响,分析了缺陷尺寸、密度、吸收系数对弱吸收和损伤阈值的影响.研究结果显示,吸收系数高于薄膜1 000倍的缺陷可以降低薄膜的损伤阈值1 000倍,却并不影响薄膜的弱吸收.缺陷对HfO2薄膜的激光弱吸收与损伤阈值测试有完全不同的影响,是导致某些薄膜弱吸收与损伤阈值背离的原因.

叙述了 K2Te日盲紫外阴极的制作工艺并制作了 K2Te日盲紫外阴极, 测量了 K2Te日盲紫外阴极的光谱响应、光谱反射率、光谱吸收率和 250 nm波长激发条件下的荧光谱。与 Cs2Te日盲紫外阴极相比较, K2Te日盲紫外阴极的光谱响应较低, 而且光谱响应的峰值波长更短, 长波截止波长也更短。K2Te日盲紫外阴极光谱响应的峰值波长位于 215 nm, 长波截止波长位于 305 nm, 而 Cs2Te日盲紫外阴极光谱响应的峰值波长位于 250 nm, 长波截止波长位于 323 nm。另外 K2Te日盲紫外阴极的日盲特性更好, 633 nm波长的光谱响应为 10－6 mA/W的数量级, 较 Cs2Te日盲紫外阴极低一个数量级。光谱反射率的测量结果表明, K2Te日盲紫外阴极的光谱反射率曲线形状与 Cs2Te日盲紫外阴极的光谱反射率曲线形状相似, 区别是整个光谱反射率曲线向短波方向移动, 且波长越长, 移动越大。另外 K2Te日盲紫外阴极的光谱反射率在 200～450 nm的波长范围内均高于 Cs2Te日盲紫外阴极的光谱反射率, 由此可推断出 K2Te紫外阴极的折射率高于 Cs2Te紫外阴极的折射率, 并且波长越长, 折射率差别越大。光谱吸收率的测量结果表明, K2Te日盲紫外阴极的吸收率低于 Cs2Te紫外阴极的吸收率。光谱吸收率越高, 光谱响应也越高, 与光谱响应的测量结果相吻合。荧光谱的测试结果表明, 在 250 nm波长激发条件下, 在 200～450 nm的波长范围内, K2Te紫外阴极的荧光弱于 Cs2Te紫外阴极的荧光, 原因是 K2Te阴极的吸收率低于 Cs2Te紫外阴极的吸收率。光谱吸收率越高, 荧光越强, 这同样与光谱响应的测试结果相吻合。所以 K2Te日盲紫外阴极与 Cs2Te日盲紫外阴极相比, 尽管光谱响应较低, 但日盲特性更好, 因此也可用作为日盲紫外探测器的紫外阴极。

为了获得薄膜材料吸收率与深紫外激光照射能量密度间的对应关系，掌握薄膜材料深紫外吸收特性，应制定相应的吸收测量规范。介绍了激光量热法的原理及测试流程，分析了测试过程中的剂量效应、非线性吸收和不可恢复吸收等现象，提出了利用激光量热法测量应用于波长193 nm紫外光刻系统的氟化物薄膜材料吸收率的方法，并进行了实际测量。根据所建立的测量方法，获得熔石英基底材料在193 nm紫外光照射下的剂量效应及出现不可恢复吸收现象时相应的激光能量密度，进而测量出基底材料吸收率与激光能量密度之间的关系；通过热蒸发对基底镀氟化镁及氟化镧单层膜，测量镀膜后样品的吸收率与激光能量密度的关系，通过与镀膜前吸收率的对比，计算了两种薄膜材料吸收率与激光能量密度的关系，推算出薄膜材料在实际工作状态时的吸收率，并得到不同沉积温度下氟化镧薄膜材料吸收率、粗糙度与波纹度。实验结果证实了新提出测量方法的可行性，测量结果为改善系统成像质量以及延长元件使用寿命提供支持。

表面抛光可能给K9基片带来额外的杂质和吸收, 分离K9基片的表面吸收率与体吸收率有助于改进基片的加工质量和抛光工艺, 对抗损伤能力研究具有重要意义。分析了激光量热法测量弱吸收的原理, 采用符合ISO 11551要求的激光量热计测量K9基片的弱吸收。对相同工艺抛光的不同厚度K9基片进行了弱吸收表征, 实验发现K9基片的弱吸收随着厚度增加近似线性增大。推导了表面吸收率和体吸收率的计算式, 实验得出本样品的表面吸收率为1.21×10-5, 体吸收率远大于表面吸收率, 体吸收系数为1.72×10-3/cm。实验结果显示所用K9样品的吸收主要来自于材料本身, 改善抛光工艺对降低其吸收率作用不大。

给出了连续调制激励光照射下光学薄膜样品表面热变形场的理论分布, 并由此定义了表面热透镜(STL)信号。根据表面热透镜理论实验测量了一个BK7基底高反膜样品的形变, 给出了表面热透镜信号随调制频率的变化曲线。实验结果表明：在采用的STL实验构型中, 探测了最小1.985 nm的直流形变, 对应不调制时的形变为3.97 nm, 相应的形变探测灵敏度达到了10 pm量级; 直流形变与功率成线性关系; 交流表面热透镜信号随着频率增大而减小, 在高频端近似成线性减小。