自倍频激光晶体同时具有激光及非线性光学性质，可在单个晶体器件中完成激光和倍频过程。该类晶体制备的激光器具备结构简单、体积小、稳定性好等优点，可满足现代化信息社会对高集成光电器件的要求。晶体镀膜是激光晶体得以应用的重要环节。依据Yb∶La₂CaB₁₀O₁₉(Yb∶LCB)晶体特性、技术参数及光学薄膜设计理论，选择Ta₂O₅和SiO₂分别作为高、低折射率材料，利用OptiLayer和Zygo干涉仪表征薄膜的光学性能和表面粗糙度，分析了离子源偏压对折射率和表面粗糙度的影响规律，并确定了离子源参数。采用光学监控和石英晶控相结合的方式，精准控制各膜层厚度，降低薄膜厚度的监控误差。测试结果表明，制备的Yb∶LCB晶体器件成功应用于590 nm激光输出系统。

本文系统分析了传统单波长增透膜系的缺点,以镀膜材料在紫外、可见和近红外区域折射率数据为基础,通过研究膜系设计理论,优化设计了合适的膜系;通过制造修正挡板,以及优化离子源辅助沉积工艺,找到了能同时满足三波长增透的镀膜工艺,研制的三波长增透介质膜在1053 nm和527 nm处剩余反射小于05%,在351 nm处剩余反射小于0.2%,且在空气中放置20天后,膜层温漂很小。

从沉积方式、薄膜厚度、沉积温度和离子束能量四个方面，研究了沉积工艺对氟化镱(YbF3)薄膜可靠性的影响。研究结果表明，相较于电阻加热蒸发方式，用电子束加热蒸发得到的YbF3薄膜，其致密性更好，水汽吸收更少；薄膜太厚或沉积温度太高会加大YbF3薄膜的应力，使薄膜表面出现裂痕，甚至使薄膜脱落；离子束辅助沉积可以增加YbF3薄膜的附着力，改善薄膜的表面质量；随着离子束能量的增加，薄膜的应力先增大后减小。根据以上研究结果得出YbF3薄膜的最佳沉积工艺，并研制出具有良好光谱性能和高可靠性的宽光谱增透膜。

对不同离子束密度条件下辅助沉积的ZnS薄膜进行了物理及光学特性研究。研究结果表明,在离子束辅助沉积ZnS薄膜时会出现非均匀生长现象, 且非均匀性和折射率会随着离子束密度的增加而增大, 薄膜结晶程度也增加。薄膜的非均匀性增加了薄膜制备和设计的难度, 尤其是对多层膜系的制备造成了很大的不确定性。研究结果为红外光学ZnS薄膜的研制提供了重要参考。

随着**隐形、太阳能转换以及激光热处理等技术研究的日益深入, 对表面吸收膜的技术要求不断提高。为满足太阳光谱吸收的要求, 研制了一种在400~2500 nm波段具有强吸收作用、适应多种基底的光学薄膜。通过分析吸收理论, 建立吸收结构模型, 并结合材料的特性研究, 实现了吸收膜的设计。采用真空离子辅助沉积技术, 根据逆向反演法, 对“分步沉积”工艺二次优化, 制备了太阳光谱强吸收膜。测试结果表明, 研制的吸收膜在400~2500 nm波段的平均吸收率为98.15%。制备的吸收膜通过了机械牢固度测试, 与基底能够很好地结合。

设计了45°入射反中波透长波分束膜系,并进行了误差仿真分析。选用“Ge+ZnS”和“ZnS+YF3”两组高、低折射率材料,采用离子辅助电子束蒸发技术,经过大量的镀制实验与工艺改进,解决了薄膜应力累积、不牢固、波长易偏移等问题,获得了45°入射中波红外3.7～4.8 μm波段反射率R≥98%,长波红外7.7～10.3 μm波段透过率T≥95%、光学性能良好的反中波透长波红外分束膜。镀膜样品一次性通过了GJB 2485-1995规定的高低温及附着力试验。试验结果表明,膜层致密性和附着力良好。

利用离子束辅助沉积方法制备单层二氧化铪薄膜,对薄膜样品的折射率、吸收特性进行了研究。实验结果表明,薄膜特性与制备工艺参数有着密切的关系,沉积速率、烘烤温度、离子束流、氧气流量均对单层二氧化铪薄膜紫外光学特性有着不同程度的影响。实验分析了不同工艺因素对单层二氧化铪薄膜的影响,并且找到了在一定范围内的最佳工艺参数。针对可能对紫外波段造成较大散射吸收损耗的微观表面形貌,利用SEM分析了典型工艺因素对表面形貌的影响。

依据光学薄膜理论, 建立膜系优化评价函数, 利用软件优化膜系, 实现0°-75°入射宽光谱P光分光膜的设计.选择H4和MgF2作为高低折射率材料, 采用电子束及离子辅助沉积技术, 来制备该分光膜.通过对膜层厚度误差分析, 用晶控片单独控制相对敏感度较高的膜层, 解决了薄膜制备过程中不能精确控制膜厚误差的问题.运用逆向分析法对实验测试结果进行模拟分析, 通过改变膜厚修正因子, 使P光透射光谱曲线更加平滑.光谱测试表明P光垂直入射平均透过率为60.3%, 满足系统使用要求.

针对烧结碳化硅在制作过程中形成的孔洞缺陷会造成严重的反射镜表面散射问题, 提出了用等离子体辅助沉积技术镀制硅表面改性层来消除表面缺陷以降低反射镜的表面散射。应用扫描电子显微镜测量了未改性的烧结碳化硅试片, 并分析了表面散射成因。搭建了总积分散射仪, 测试了改性前后的烧结碳化硅试片及抛光良好的K9玻璃试片的总积分散射。结果显示: 烧结碳化硅试片改性前后的总积分散射分别为3.92%和1.42%, K9玻璃的总积分散射为1.36%。使用原子力显微镜测试了烧结碳化硅试片改性抛光后表面和K9试片表面的均方根粗糙度, 结果分别为1.63 nm和1.04 nm, 证明了改性后的烧结碳化硅试片消除了表面缺陷, 显著地降低了表面散射, 表面光学性能与抛光良好的K9玻璃接近。