针对计算机光学表面成形技术的去除理论中关于材料去除量及去除函数误差修正能力问题，基于等效去除积分法，对高斯型、三角形、梯形、脉冲随机复合型等多种不同形态的去除函数修正能力进行研究，通过频域分析去除函数的误差修正能力，获得调制参数与去除函数修正能力的关联曲线，建立基于等效去除积分法的去除函数截止修正能力评价模型，为去除函数误差修正的调制及去除函数修正能力评价提供依据，从而在大口径光学元件的超高精确度加工中，提高超光滑光学元件表面的质量。

从表面波的原理、测量技术分类及关键性技术等多方面进行论述,概括了基于全内反射、表面等离子体共振、石墨烯等多种光学表面波的折射率传感的历史发展,进一步探讨了表面波折射率传感成像的技术优点。研究表明表面波传感成像作为一种高精度定量化的无标记显微成像技术,在医学光学精准诊疗方面具有重要价值。

依据半导体光电导效应分析了光致导电复合网栅调控机理, 阐明了光致导电复合网栅的设计思路与结构特点.结合透明衬底蓝宝石基片, 选取雷达波2~18 GHz, 红外3~12 μm波段为研究对象对复合网栅结构参数进行优化和仿真, 当网栅参数周期由5 mm变为2.5 mm、边长由4.9 mm变为2.4 mm时, 网栅的中心谐振频率从13.2 GHz变为14 GHz.采用衍射光栅同轴对准原理保证两次lift-off光刻工艺的对准精度, 制备的网栅周期误差小于6 μm, 边长误差小于5 μm, 满足实验要求.复合网栅的光学和电学性能测试结果为: 加载复合网栅的蓝宝石衬底样件与未加载的相比, 红外透过率曲线整体走势未发生变化, 透过率整体下降了7.8%左右, 与单独金属网栅相比相差3.4%, 符合红外透过损失规律.该复合网栅在敏感波长为600 nm光照射下测得的中心谐振频率从13.22 GHz变为14.03 GHz, 与仿真结果基本一致, 验证了光照对复合网栅电磁性能调控的可行性.

本文基于时域有限差分算法，研究了微粗糙光学表面与多个镶嵌粒子的差值场光散射问题。将光学基片视为微粗糙光学表面，利用蒙特卡洛方法解决了光学表面存在粗糙度的问题，并将差值场散射理论加入到计算模型中，更好地分析了缺陷粒子的散射特性，将计算区域划分成上下两个半空间，建立了微粗糙光学表面与镶嵌多体粒子复合散射模型，并与矩量法计算结果比较验证了理论的有效性。运用此模型分析了入射角、镶嵌粒子尺寸、粒子间距、粒子个数等物性特征对微粗糙光学表面与镶嵌多体粒子差值散射场的影响。实验结果表明：在一定激光入射角下，以相同回波探测角度间距20°对光学表面进行测量能够有效地检测出缺陷粒子。本文结果为光学无损检测、光学薄膜、微纳米结构的光学性能设计等提供了理论依据和技术支持。

为提高光学表面的功率谱密度检测精度, 研究了白光干涉仪仪器传递函数(ITF)的产生机理和标定方法。将白光干涉仪作为非相干成像系统, 对正弦表面干涉光强进行Bessel函数展开, 通过干涉光强的频谱强度变化研究白光干涉仪对正弦表面高度的作用机理, 利用数值仿真计算了白光干涉仪对正弦表面的衰减程度。采用30、80、120 nm高度的台阶标准板对商品白光干涉仪的传递函数进行标定, 并提出了一种可靠的ITF计算方法。理论分析、数值仿真和实验结果表明: ITF随表面高度的增加而增大, 此时白光干涉仪对表面高度的响应表现出明显的非线性; 表面高度小于λ/10得到的ITF曲线与白光干涉仪光学系统调制传递函数非常接近, 白光干涉仪对表面高度的响应接近线性。文中对于白光干涉仪频域传递特性研究和光学表面功率谱密度检测具有重要意义。

In order to monitor the volatilization and deposition of organic contaminants on optics surfaces in high power laser facility, online detection of airborne molecular contaminant was investigated based on quartz crystal microbalance and optical microfiber. First, the response performance of quartz crystal microbalance for different densities of airborne molecular contamination was tested. Then the comparison of quartz crystal microbalance and optical microfiber in detecting the surface mass density of airborne molecular contamination was implemented with the view factor method. The characteristics of airborne molecular contamination deposited on optical surface were also studied. The experiment results show that quartz crystal microbalance and optical microfiber have the similar response performance, and thus they can be applied in online airborne molecular contamination detection. When the surface mass density of airborne molecular contamination is larger than 0.5×10－5g/cm2, optical microfiber is preferred due to the higher precision and larger response speed. The more the density of airborne molecular contamination is, the more it deposits on the optics.

In order to monitor the volatilization and deposition of organic contaminants on optics surfaces in high power laser facility, online detection of airborne molecular contaminant was investigated based on quartz crystal microbalance and optical microfiber. First, the response performance of quartz crystal microbalance for different densities of airborne molecular contamination was tested. Then the comparison of quartz crystal microbalance and optical microfiber in detecting the surface mass density of airborne molecular contamination was implemented with the view factor method. The characteristics of airborne molecular contamination deposited on optical surface were also studied. The experiment results show that quartz crystal microbalance and optical microfiber have the similar response performance, and thus they can be applied in online airborne molecular contamination detection. When the surface mass density of airborne molecular contamination is larger than 0.5×10－5g/cm2, optical microfiber is preferred due to the higher precision and larger response speed. The more the density of airborne molecular contamination is, the more it deposits on the optics.

基于时域有限差分法/时域多分辨（FDTD/MRTD）混合方法研究了微粗糙光学表面与多体缺陷粒子的复合光散射问题。建立微粗糙光学表面与掩埋多体粒子复合散射模型，利用DB2小波尺度函数的移位内插原理，将计算区域分别划分为MRTD和FDTD方法区域，推导出复合散射场，计算微粗糙光学表面中掩埋多体粒子的复合散射截面，并与矩量法的结果比较以验证该方法的有效性。分析入射角、气泡粒子的个数、相对位置及深度等物性特征对微粗糙光学表面与掩埋多体粒子复合双站散射截面的影响。上述结果为光学无损检测、光学薄膜、微纳米结构的光学性能设计等领域提供技术支持。

针对光通信终端的光学表面污染, 研制了10 MHz镀铝石英晶体微天平(QCM), 用于实时检测真空试验中的污染量以保证光通信的可靠性。该装置通过引入参考晶体消除环境因素的影响, 并降低对其控温精度的要求, 其理论质量灵敏度可达10-9g/cm2。经过绝对标定实验后, 其实际质量灵敏度为10-8g/cm2, 满足应用需求, 且成本低, 实用性好, 可用于星上或地面污染检测。文中依据不同的污染源工作温度, 分别在32 ℃高温恒温段, 32 ℃~-27 ℃降温段, 低温保持段及-2 ℃~32 ℃升温段进行了污染沉积量的检测。结果表明: 在试验初期的高温恒温段, 污染源与敏感表面温差高于0 ℃, 15.75 h内单位面积污染沉积量为1.68×10-4g/cm2; 在低温保持段, 温差一直低于-22 ℃, 23.37 h内单位面积污染解吸附量为1.08×10-4g/cm2; 真空试验的总污染沉积量为2.7×10-5 g/cm2。得到的结果证实了该QCM用于污染量检测的有效性。文中还初步分析了真空试验下的污染沉积过程, 为光学表面污染的预估与防护提供了依据。