光学散射会对光学系统造成系统损耗, 成像质量下降等危害。针对高反镜的散射光在光学系统中的影响, 本文提出了使用总积分散射法来测量散射光总量, 得到散射光在总反射光中所占的比值。该方法运用总积分散射理论, 并结合积分球的光度特性, 搭建了比较法总积分散射仪, 测试了镀银膜的高反镜的总积分散射。实验结果表明, 该装置测得的总积分散射值与用德国汉诺威激光中心生产的总积分散射仪得到的测量结果非常接近, 均在 300 ppm~500 ppm之间, 验证了该装置的可行性。

目前总积分散射测量装置都是单波长的, 不能测量复色光源的总积分散射量。先建立了一个积分球模型, 并对这个积分球模型的光源和材料进行仿真分析。光源的分析包括波长和光源面积, 材料的分析验证了该积分球模型和设定光路的可行性, 并最终根据仿真的结果对实际实验进行有效指导, 搭建了一套基于积分球的单波长总散射量测量装置, 选取了650 nm、520 nm和450 nm三个波长的半导体激光光源进行实验, 得到了多组各个不同波长下的TIS值。通过对实验结果的分析, 发现TIS值与波长的平方成反比关系, 符合总积分散射理论中TIS与波长的关系。

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。

反应烧结碳化硅(RB-SiC)是一种性能良好的反射镜镜胚材料，但其固有的一些缺陷导致未经特殊处理无法获得光滑的光学表面。使用X 射线衍射(XRD)测试了反应烧结碳化硅试片的晶体结构，结果表明其主要成分为多晶态碳化硅和多晶态硅。扫描电子显微镜和原子力显微镜的测试结果指出镜胚表面残留的孔洞及抛光形成的台阶是造成散射降低光学性能的原因。通过等离子辅助沉积技术在反应烧结碳化硅表面镀制了一层硅改性层，消除了缺陷，再精细抛光硅改性层，获得了质量良好的光学表面。自行搭建的总积分散射仪对镀制硅改性层前后的反应烧结碳化硅表面进行了测量，总积分散射分别为9.37%和1.84%，改性后数值降低到改性前的1/5。反应烧结碳化硅反射镜光学性能得到了明显提高，接近抛光良好的K9 玻璃。

提出了一种利用总积分散射(TIS)测量K9玻璃基片表面散射和体散射的实验方法.首先采用磁控溅射技术在基片表面沉积厚度为几十nm的金属Ag薄膜,然后将基片的表面和体区分开考虑,通过TIS测得了基片上下表面的均方根粗糙度, 进而求得基片的总散射和表面散射,最后计算得到了体散射.分别利用TIS和原子力显微镜(AFM)测量了3个样品上表面所镀Ag膜的均方根粗糙度,两种方法所得的均方根粗糙度的数值相差不明显,差值分别为0.08,0.11和0.09 nm, 表明TIS和AFM的测量结果相一致.利用该方法测得3块K9玻璃基片的总散射分别为6.06×10-4,5.84×10-4和6.48×10-4,表面散射介于1.25×10-4～1.56×10-4之间,由此计算得到的体散射分别为3.10×10-4,3.30×10-4和3.61×10-4.

提出了一种计算光学介质膜系表面总积分散射(TIS)的理论模型。该模型认为,介质膜系粗糙的膜层界面和表面为微观结构不均匀的微薄过渡区;过渡区可用折射率为不同常量的层数足够多的均匀子层来代替,同时这些均匀子层的折射率变化满足指数函数的分布规律。利用矩阵法对积分散射的表达式进行了推导。对于电子束蒸发方法在K9玻璃上沉积的ZrO2单层膜,分层界面散射模型对积分散射的理论计算值要比非相关表面散射模型的计算值更加符合总积分散射仪的实验测量结果。