通过理论计算分析了金属网栅的电磁屏蔽特性与红外透过率之间的关系，发现金属网栅的电学特性与光学特性是相背离的。为满足镀金属网栅后光学镜片的透过率降幅小于等于5%、屏蔽效能大于30 dB (频率范围为14 kHz～18 GHz)的要求，首先通过理论计算选用线宽为10 m、周期单元的长度和宽度均为500 m、膜层厚度为1 m的金属网栅(Ni-Ag)。然后采用直流磁控溅射镀制技术在直径为100 mm的硫化锌基片表面成膜。经过曝光、显影、坚膜、腐蚀、剥离等工艺，获得了镀Ni-Ag频率选择表面(Frequency Selective Surface, FSS)网栅的红外窗口样片。最后对红外窗口样片进行了透过率和屏蔽效能测试。测试结果满足设计要求。该计算数据可用于预估光学窗口的电磁屏蔽性能，为后续的设计工作提供参考。

氟镓酸盐玻璃是一种性能良好的红外光窗材料。为了提升窗口观测、探测及防护性能，在氟镓酸盐基底上设计和制备了0.4～0.9 m、1.064 m、3.7～4.8 m三波段复合增透保护膜。根据光学性能及环境稳定性要求选择薄膜材料并对膜系进行了设计，然后利用电子束蒸发方法对多层膜进行了制备。测量结果表明，2.9 m处的水吸收峰拉低了中红外波段的透过率。通过改进工艺及后处理等途径提高了膜层致密度，有效抑制了膜层的水吸收。利用沸水浸泡法对镀膜元件的环境稳定性进行了实验验证。结果表明，经过离子束辅助沉积及退火处理的薄膜样品具有较好的光学性能和环境适应性。

平行平板光学零件焊接变形产生弥散斑影响会聚光束成像质量。用有限元法分析红外探测器窗口异种材料焊接界面的应力分布, 根据 Suhir双材料界面的弯矩平衡微分方程计算窗口弯矩分布, 研究焊料厚度、不同焊料和被焊材料热膨胀失配对窗口变形的影响。在正交试验优化焊接工艺过程中, 用激光干涉法检测窗口变形, 检测结果表明窗片顶面的仿真计算变形曲面与实测轮廓曲面一致。材料热失配和钎焊料弹塑性是引起窗口变形的主要原因。

利用直流非平衡磁控溅射技术，在100℃条件下，在单晶硅上制备了具有红外增透效果的类金刚石薄膜，研究了偏压对薄膜结构、机械性能和红外光学性能的影响，解释了薄膜结构与性能之间的关系。利用场发射扫描电镜（FESEM）、Dektak150 型台阶仪、Raman 光谱仪、纳米压痕仪、椭偏仪和傅里叶红外吸收光谱仪表征薄膜形貌、结构、硬度、折射率和红外光学性能。实验结果表明：在偏压为－100V 时，薄膜中sp³ 相含量最高，得到最大的纳米硬度14.8 GPa 和最大折射率2.36，此时透光率为67.3%；在偏压为－200V 时，薄膜硬度为11.2 GPa，薄膜的折射率为2.06，最接近零反射膜所需折射率，此时透过率最大。

通过双离子束溅射方法在蓝宝石、硅衬底上制备了单层SiO2薄膜，分析了SiO2薄膜残余应力、表面形貌、微观结构以及光学性能(可见-近红外0.4~1.2 μm和中红外3~5 μm波段)在400 ℃~1 000 ℃温度范围内的演化规律.研究结果表明：在400 ℃附近，SiO2薄膜残余应力存在局部极小值；SiO2薄膜光学性能的演化与膜层表面质量、内部残余应力及微观结构变化密切相关；经1 000 ℃高温处理后，蓝宝石窗口表面SiO2薄膜红外透射性能仍能保持很好的稳定性，且膜层表面没有出现显著的气泡、开裂等损伤形貌.该研究结果可为恶劣环境下光学窗口头罩表面薄膜系统的设计提供指导.

气动热辐射效应导致红外探测制导系统的性能降低甚至失效，而红外窗口是气动热辐射效应评估的关键因素。通过分析红外辐射在红外窗口中的传输特性，提出一种红外窗口气动热辐射效应评估方法，基于等温状态试验，评估了某超音速飞行器红外探测系统蓝宝石红外窗口在中波3.7~4.8 μm波段的气动热辐射效应。研究结果显示，红外窗口暴露于大气环境后，蓝宝石窗口导致的气动热辐射效应迅速上升，表现为红外窗口透过率下降约10%，仍然在0.9以上，而自辐射迅速增强约458倍，相当于约125 ℃黑体，在探测器获取总辐射中的比例大于78%。在对地探测应用中，对于厚度小于20 mm的蓝宝石红外窗口，窗口温度在100~350 ℃范围内，随着厚度增加，透过率下降，自辐射增强，总辐射也增强，自辐射在总辐射中的比例增加，易造成探测器饱和，对探测系统影响较大。

对于大气层内的高速飞行器，强烈的气动加热使红外探测系统的红外窗口温度迅速上升，成为气动热辐射效应的主要因素，导致红外探测系统的探测距离、识别概率、跟踪精度等性能下降，甚至失效。通过简化红外窗口热辐射传输模型，设计了一种红外窗口热辐射特性试验平台，并对某蓝宝石红外窗口在中波红外3.7~4.8 μm波段的热辐射特性进行试验研究。研究结果表明，在100~350 ℃高温范围内，该红外窗口热辐射特性与温度近似呈现3次方关系，随温度升高，透过率下降约16%，而自身辐射持续增强，幅度最高在100倍以上，对红外探测系统造成的影响比透过率要大得多。

针对一个双层红外窗口进行了完整地光机热集成分析，包括结构设计、结构有限元分析以及热光学特性分析。利用MSC Nastran 和Hypermesh 对光机结构系统在轴向温度梯度场下进行热弹性分析。分析可知双层红外窗口的最大位移形变量为1.01×10－1 mm，将有限元节点位移信息代入Zemax 中，光学系统在9.0 lp/mm 处最终的MTF 依然在0.2 左右，符合设计需求，验证了所设计使用的双层红外窗口的热光学适应性。

针对未来高超音速飞行器的发展趋势，阐述了红外窗口材料所面临的技术挑战。从高温透过范围、红外辐射系数、高温力学性能以及抗热冲击等角度分析比较了几种常见的中波红外材料，基于此认为Y2O3陶瓷是未来高超音速中波红外窗口/整流罩的最佳候选材料，该材料能够适应多色、多模复合，超视距、宽视角，以及隐身化和抗电磁干扰等需求。