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。

采用时域有限差分法研究了硒化锌基底的抛物线型周期阵列仿生微结构的光学性质,重点分析了微结构阵列的周期、高度、占空比和形状轮廓等对反射率的影响,得到了有较好增透效果的结构参数。根据模拟参数进行两次干涉曝光制备掩模,采用反应离子刻蚀技术制备周期阵列微结构。通过场发射扫描电子显微镜对微结构的表面形貌进行表征,并采用傅里叶变换红外光谱仪在中红外波段分别对双面抛光、单面微结构的硒化锌片进行透过率测试。结果表明:单面微结构样品在2~5 μm范围内的整体平均透过率比双面抛光硒化锌基片提高了10%,在2.3 μm处的最大透过率为82%。

干涉曝光系统中干涉条纹的相位漂移会导致曝光对比度降低, 为了有效抑制相位漂移, 利用声光调制器对干涉光频率进行实时调制。分析了条纹漂移的特点, 指出了主要干扰源是0~5 Hz的空气扰动。应用数值分析法得到了条纹漂移量与曝光对比度的关系曲线, 并以此为依据提出了条纹锁定精度的目标值。针对所要达到的锁定精度, 给出了系统硬件的选型方法, 搭建了基于RTX的干涉条纹相位锁定系统。利用闭环辨识的方法得到了系统的参数模型, 完成了反馈控制器的设计, 最终实现了实时锁定条纹相位的功能。实验结果表明, 在400 Hz的控制频率下, 干涉锁定系统能够有效抑制0~5 Hz的低频扰动, 干涉条纹相位漂移的3σ值可以控制在±0.04个条纹周期内, 满足干涉光刻的曝光对比度要求。