针对传统熔石英激光窗口在碱金属蒸气环境下易腐蚀的痛点问题，提出了在蓝宝石材料上制备增透微结构的方法，以实现耐高温、耐腐蚀的高透激光窗口。在理论仿真的基础上，采用干涉曝光与反应离子束刻蚀技术，在蓝宝石基底表面上制备了增透微结构，其对795 nm光的单面透过率达到99.23%。在此基础上，制备了双面增透微结构和一面增透微结构一面增透膜的蓝宝石窗口片，相较于蓝宝石基底，它们对795 nm光的透过率分别提升了12.13%和13.02%。高功率激光作用温升测试结果表明，当激光功率从35 W增加到99.6 W时，裸基板温度增加了5.9 ℃，但是双面增透样品的温升均为3.8 ℃，表明双面增透处理可以适当降低温升。同时，光束质量测试结果表明，当高功率激光作用下微结构窗口的温度控制在200 ℃以内时，双面增透样品的光束质量因子在横向上的变化小于0.05，在纵向上的变化小于0.06，表明该增透窗口对入射光光束质量的影响甚小。

通过微结构结合镀膜的方法成功设计和制备了中红外宽带减反射元件。首先,利用FDTD Solutions软件,模拟了微结构周期、占空比、高度以及膜层厚度对所需波段透射率的影响规律,得到较好增透效果的微结构和膜层结构参数;根据设计参数,采用激光干涉曝光和反应离子束刻蚀技术在蓝宝石表面制备出相应微结构,然后在其表面镀制相应厚度的SiO2膜。测试结果表明:仅有单面微结构的蓝宝石元件在1.5~4 μm波段的平均透射率达到92.3%,具有复合结构的蓝宝石元件在该波段的平均透射率高达98.7%,相对双面抛光蓝宝石样品透射率提升11.0%左右,实现了蓝宝石表面的宽带增透;对具有复合结构的蓝宝石元件进行了湿度验证和高低温循环实验,实验前后透射率曲线无明显变化,且无明显水吸收,说明该元件具有很好的环境适用性。

现代亚微米光栅的应用通常要求栅脊侧壁陡直。通过比较两种配备不同离子源的刻蚀机的反应离子束刻蚀结果,认为影响亚微米光栅侧壁陡直度的一个重要因素是离子束发散角(束散角),且小束散角有利于获得陡直的光栅侧壁。国内应用最广泛的双栅考夫曼刻蚀机束散角较大(大于13°),致使用常规方法获得的熔石英光栅的侧壁倾角仅为77°。针对此刻蚀机,尝试了三种提高侧壁陡直度的方法：旋转倾斜刻蚀法、交替倾斜刻蚀法和二次金属掩模法,分别把侧壁倾角提高到86°、86°和82°。最后从掩模侧壁收缩速率和槽底部与顶部离子通量的差异对束散角对侧壁陡直度的影响给予解释,并说明了上述三种方法的工作机理。

为了刻蚀出低损耗波导沟道,对光刻和反应离子束蚀刻(RIE)中影响展宽的工艺条件进行理论分析和实验实践,提出采用多次旋涂、消除芽孢、低温后烘和刻蚀、光学稳定等措施减小展宽,并对不能完全消除的展宽分析给出原因.实验结果表明展宽得到有效的改善.