罗丹明6G的痕量检测需要具有较高的灵敏度，为提高SERS基底的增强因子从而提高检测灵敏度，设计了米花型SERS基底，采用有限元法对其拉曼增强效果进行仿真，模拟不同中心球半径r、米花花瓣轴a、b、c以及中心球与花瓣间距d条件下电场强度的变化，得出最佳结构参数，并计算其SERS增强因子。随后利用电化学沉积法制备该基底，并探究电压值以及柠檬酸三钠和AgNO₃的浓度配比对基底结构和性能的影响，从而制备出与理想物理模型形态最接近的米花型银/氮化钛薄膜基底。然后用其对罗丹明6G（R6G）进行痕量检测，探究该基底的拉曼增强效果以及稳定性。实验结果表明，当沉积电压为2V，柠檬酸三钠与AgNO₃浓度配比为1∶1 （2 mmol/L∶2 mmol/L）时，得到的米花型TiN-Ag复合SERS基底与理想化模型仿真形态最接近。经过计算得到该基底的增强因子可达10¹⁵，对罗丹明6G的检测限可达10⁻¹³ mol/L。实验结果证明设计的基底灵敏度高、稳定性强，可对食品非法添加剂的痕量检测提供技术支撑。

稀土掺杂可以有效地改变基体材料的结构并提高使用性能。利用磁控溅射法在单晶硅和多晶CVD金刚石上分别制备了未掺杂及La掺杂的Y₂O₃薄膜，研究了La掺杂氧化钇（Y₂O₃）增透薄膜的组成、结构及性能。X射线光电子能谱（XPS）和掠入射X射线（GIXRD）研究表明，金属La与O相互作用，以La-O化合物形式存在于Y₂O₃薄膜中，未掺杂的Y₂O₃薄膜呈现立方（222）面柱状晶体取向，随着La掺杂功率的增加，开始出现新的单斜Y₂O₃相（111）晶面。从扫描电镜（SEM）观察到不同La掺杂功率下Y₂O₃薄膜呈现柱状晶结构，结晶质量较好。由原子力显微镜（AFM）证实，与未掺杂的Y₂O₃薄膜相比，La掺杂的Y₂O₃薄膜具有较低的粗糙度(RMS)值。在La掺杂的Y₂O₃薄膜中，随着La浓度的增加，柱状晶的晶粒尺寸显著减小。在8~12 μm的长波红外范围内，La掺杂后的Y₂O₃/金刚石薄膜最大透过率为80.3%，与CVD金刚石相比，透过率提高19.8%。颗粒细小的La掺杂Y₂O₃薄膜具有较高的硬度和弹性模量，硬度由未掺杂(12.02±0.37) GPa增加到(14.14±0.39) GPa，弹性模量由(187±14) GPa 增加到(198±7.5) GPa。结果表明，与未掺杂Y₂O₃薄膜相比，La掺杂的Y₂O₃薄膜在保持较高红外透过率条件下，通过细晶强化获得了更高的硬度，有利于提升砂蚀、雨蚀等冲刷性能。

多层膜光学元件的设计是基于理想的单色光进行的，然而光源发出的光束均存在光谱线宽，在非单色光条件下工作，元件的光学特性会偏离理论值。为了分析光束线宽对多层膜光学元件的光学特性影响，首先，基于薄膜辐射特性的部分相干理论，提出了准单色光束入射条件下多层膜光学特性计算方法；其次，通过数值模拟实验研究了光束线宽对窄带滤光片光学特性的影响。研究结果表明：随着线宽增大，滤光片透射通带的矩形度逐渐降低，半高全宽先降低后增大，其在滤光片的理论半高全宽附近取得最小值；光谱线型主要改变透射通带的透射率，对于透射谱线的矩形度以及半高全宽影响较小；为了保证窄带滤光片的通带形状，入射光束的线宽应当小于滤光片透射谱线的理论半高全宽的一半，光谱线型应当趋近于矩形线型函数。

液相外延是碲镉汞（MCT）薄膜生长领域最成熟的一种方法，被众多红外探测器研究机构和生产商所采用。然而由于MCT材料自身属性和具体制备工艺的原因，液相外延生长过程中不可避免地会产生各种缺陷，从而降低红外探测器的性能。为了增加对液相外延MCT薄膜中缺陷的认识，并对具体的生长工艺提供指导性建议，基于已报道的文献总结了液相外延MCT薄膜中所存在一些缺陷的特征以及形成机理和消除方法。对各类缺陷的形成机理和消除方法进行探讨和评估，有助于提高MCT薄膜液相外延的水平，为制造高性能MCT探测器做好材料技术支撑。

随着新能源、特高压需求爆发，以单晶碳化硅为代表的第三代半导体技术近几年得到了飞速发展，大口径单晶碳化硅材料制备已经成为现实，相比于目前已成熟应用的RB-SiC材料，单晶碳化硅不需要通过CVD或PVD改性就可以获得1 nm甚至更优的表面粗糙度，在光学元件领域的应用具有广阔前景，但同时加工难度高是亟待解决的问题。为了解决单晶碳化硅材料在光学加工过程中的粗糙度问题，提出了一种基于PSD评价及熵增理论的伪随机轨迹加工改善粗糙度的方法。相较于传统单一的Ra值评价方法，通过引入PSD曲线丰富了粗糙度评价的维度；利用对熵增理论的分析，从理论上讨论了确定性抛光轨迹和伪随机轨迹对粗糙度尺度下累计误差影响的区别。通过对6 in (1 in=2.54 cm)单晶碳化硅进行多轮抛光实验，结果表明：在相同初始粗糙度情况下，确定性轨迹与伪随机轨迹虽均得到了Ra约1 nm的粗糙度值，但PSD曲线可以明显看出确定性轨迹出现了尖峰，而伪随机轨迹则更为平滑。验证了特定采样区间下的PSD曲线作为粗糙度评价手段的有效性，同时论证了伪随机轨迹相较于确定性轨迹在单晶碳化硅材料抛光上的优势。

为了减小弹载光学系统支撑结构在服役温度下的热膨胀变形，选用纤维方向热膨胀系数小、可设计性强、比重小的碳纤维复合材料代替钛合金作为支撑结构主体材料。首先测定复合材料沿纤维方向和垂直纤维方向的线热膨胀系数，并在此基础上建立复合材料层合结构热膨胀仿真分析方法，然后以轴向前端热膨胀变形量最小为目标、质量与基频为约束进行复合材料支撑结构优化设计，通过有限元数值仿真验证设计方法的有效性。结果表明：碳纤维复合材料支撑结构相较于钛合金支撑结构在50 ℃的均匀温升区间内轴向前端热膨胀变形减小87.8%，质量减小63.2%，基频提升了24.4%，满足了支撑结构对超低热膨胀、轻量化和动态特性的要求。

采用射频磁控溅射方法在不同的溅射功率下制备了掺杂Ga元素的ZnO透明导电薄膜材料(ZnGa₂O₄, GZO)，在GZO薄膜的制备过程中，溅射功率会对样品的组分配比产生影响，从而导致GZO薄膜的性能产生差异。文中利用皮秒激光诱导击穿光谱技术（PS-LIBS）对GZO薄膜进行了微烧蚀分析，对GZO薄膜的关键元素浓度比进行了快速定量分析研究。结果表明GZO薄膜的光学性能与元素谱线强度比之间存在一定的联系，随着溅射功率的增加，Zn/Ga的谱线强度比值与浓度比呈现出一致的变化，Ga元素的含量与样品的禁带宽度变化一致。同时，使用玻耳兹曼斜线法与斯塔克展宽法对等离子体温度与电子密度进行了计算。所有结果表明，PS-LIBS技术可以实现GZO薄膜关键组分配比的快速分析，为磁控溅射法制备GZO薄膜的工艺现场的快速性能分析、制备参数的实时优化提供了技术参考。

金属颗粒掺杂型复合涂层是重要的航天器热控材料，除了粒子材料、尺寸、体积分数、几何形貌、涂层厚度等常规调控手段，颗粒的取向也是影响涂层辐射特性的重要因素。颗粒取向可以通过改变工艺参数或使用定向剂控制，然而目前关于颗粒整体取向对涂层吸收发射比的影响规律尚不清晰，而且现有的采用二流法的研究中大多都将散射假定为各向同性。以热控涂层中常用的大尺寸铝片粒子掺杂型复合涂层为计算模型，采用考虑衍射的几何光学方法和考虑各向异性散射的二流法研究了铝片取向角对热控涂层吸收发射比的调控规律，同时考虑了铝片体积分数和涂层厚度等因素。结果表明：通过调节粒子取向可实现涂层吸收发射比在0.48~1.69范围内的调控。涂层平均吸收率和平均发射率在铝片取向角超过45°时明显增大。涂层吸收发射比在铝片取向角45°附近最小，并且随铝片体积分数的增大而减小。研究表明：通过控制粒子的整体取向可有效实现吸收发射比的调控，为热控涂层的设计和调控提供了新的思路。

为了满足工业领域的不同要求，研究了碳化硅(SiC)陶瓷超光滑表面且无表面损伤的抛光工艺，提出了一种紫外光催化振动复合抛光新方法。基于紫外光催化反应理论，论述了光催化振动复合抛光的加工机理，进行了不同的实验。首先进行了甲基橙降解实验，研究了光催化振动复合抛光氧化性对振动的依赖关系；接着进行了紫外光催化振动复合抛光对比实验，研究了振动前后SiC的抛光效果，验证了新抛光方法的有效性。实验结果表明，光催化反应生成的强氧化性羟基自由基能够将高硬度的SiC氧化成质地较软的二氧化硅，振动的引入减少了光催化反应中光催化剂的团聚，提高了抛光过程中氧化和去除的均匀性，从而提高了抛光过程中SiC的表面质量，最终获得了粗糙度为31~39 nm的光滑表面。

通过液相外延方法制备出单晶Bi和Gd取代YIG薄膜，并研究了其微波铁磁共振特性与红外磁光性能。测试结果表明，样品结晶质量较好，无多余物相，平均表面粗糙度0.4 nm，比饱和磁化强度值25 emu/g，饱和外磁场650 Oe左右。在0~20 GHz的频率范围内，铁磁共振线宽ΔH小于8 Oe，且频率与共振线宽呈线性关系。在红外1550 nm波长下，饱和状态的比法拉第转角约为0.1 (°)/μm，两片叠加条件下可以实现±45°法拉第旋转。在1550 nm左右透过率接近90%，吸收系数低于16 cm⁻¹。该材料在红外磁光器件、微波通信器件方面具有重要的应用价值。