随着星间通信系统的迅速发展，数据传输的精度要求不断提高。分光镜作为系统的核心元件，其光谱特性和面形精度直接影响整个系统的传输精度。本文基于薄膜干涉理论，选取Ta₂O₅与SiO₂作为高低折射率膜层材料进行膜系设计，采用电子束蒸发的方式在石英基板上制备高精度分光镜。同时根据膜层应力补偿原理建立面形修正模型，修正分光镜面形。光谱分析仪检测结果显示，分光镜在入射角度为21.5°～23.5°内，1563 nm透过率大于98%，1540 nm反射率大于99%。激光干涉仪检测结果显示，分光镜反射面形精度RMS由λ/10修正至λ/90（λ=632.8 nm），透过面形精度RMS为λ/90。

长波红外差分干涉仪在低温工况下会因光学元件受到非均匀应力作用产生干涉条纹的畸变，从而降低干涉仪系统性能。本文为解决低温工况干涉条纹弯曲畸变问题，基于长波红外差分干涉仪光机系统进行了干涉条纹畸变影响因素分析，结合光-机-热耦合分析方法，对干涉仪系统低温工作状态进行仿真。随后设计了针对影响条纹畸变的关键元件——光栅元件的低温微应力动态稳定支撑安装结构，结构优化后的光栅表面面形均方根（Root Mean Square， RMS）值为3.89×10^-2 nm，面形峰谷值（Peak to Valley， PV）值为2.21×10^-1 nm，分别较优化前初始系统的分析结果减小了5个数量级，系统仿真干涉条纹畸变小于1个探测器像元。全系统低温验证试验表明，优化结构可有效抑制干涉条纹畸变，畸变量小于2个探测器像元，试验与仿真计算结果一致性较好，验证了优化分析方法的有效性。该优化方案对提升反射式光学系统结构低温稳定性，提高系统工作能力有较大意义和价值。

为了实现对Si、Ge、GaAs等红外材料应力缺陷检测，采用两个工作在不同频率的光弹性调制器级联，构成偏振测量系统。应力缺陷引入的双折射延迟量和快轴方位角两个参数，被加载到偏振测量系统调制信号中；利用数字锁相技术同时获取调制信号的基频项和差频项幅值，然后完成两个应力参数求解。详细分析了检测原理，并搭建了实验系统进行验证。实验结果表明，该检测方法及实验系统实现了应力方向角标准偏差为0.31°，应力双折射延迟量标准偏差为0.72 nm，高速、高精度和高重复度的应力缺陷检测，并且实现了Ge样品的应力缺陷方向和值大小分布测量，可为红外材料质量测试分析和评估提供有效手段。

采用静电纺丝法在不同气氛下制备了Sr₂MgSi₂O₇∶Eu²⁺，Eu³⁺纤维，研究其晶体结构和形貌；将纤维与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合后获得Sr₂MgSi₂O₇∶Eu²⁺，Eu³⁺?PDMS复合材料，研究其光致发光和应力发光性能。研究结果显示，氮气、空气下制备样品的XPS图谱同时出现Eu²⁺和Eu³⁺结合能特征峰；在360 nm和395 nm激发下复合材料的光致发光光谱中，不但有Eu²⁺位于469 nm处的蓝色宽带发射，还包含Eu³⁺位于615 nm的多个红色窄带发射。因为Eu³⁺在电荷补偿下还原成Eu²⁺并在刚性结构保护下不被氧化，证实了Eu³⁺在Sr₂MgSi₂O₇中的自还原现象。随着Eu³⁺的掺杂浓度增大，光致发光和应力发光强度都先增大后减小，Eu²⁺和Eu³⁺的发射分别在5%和10%时达到最强。应力发光强度与应力的增长是线性关系，Eu²⁺的发射增长量大于Eu³⁺。在实物照片和CIE坐标中观测到光致发光颜色从蓝色逐渐接近红色，应力发光颜色在应力增大时逐渐从粉红色变为紫粉色。该材料的研究将为发光调控提供参考，在应力传感和防伪等领域有着潜在的使用价值。

为研究以高膨胀系数的陶瓷为涂层, 低膨胀系数的陶瓷为基体的预应力陶瓷的高温力学性能, 本工作以氧化锆为涂层, 氧化铝为基体, 制得表层为拉应力的“三明治”结构ZrO₂-Al₂O₃(简称ZcAs)预应力陶瓷。同时选用基体与涂层截面比值相近的Al₂O₃-ZrO₂(简称AcZs)预应力陶瓷、纯ZrO₂和纯Al₂O₃陶瓷为参照样。结合不同温度下的弯曲强度测试结果及维氏压痕结果, 阐明预应力的存在形式及其对裂纹扩展行为的影响, 并研究预应力的温度依赖性。结果表明: ZcAs预应力陶瓷的表层受拉应力, 基体受压应力; 而AcZs预应力陶瓷的表层受压应力, 基体受拉应力。由于拉应力能够促进裂纹扩展, 而压应力能够抑制裂纹扩展, 因此室温下, ZcAs的强度比纯Al₂O₃陶瓷降低13.2%, 而AcZs的强度比纯ZrO₂陶瓷提高25.0%。此外, 无论表层是拉应力还是压应力, 都随着温度升高而降低, 这主要归因于高温导致的预应力松弛。

为探究飞秒激光烧蚀金刚石的烧蚀特征及机理，进行了飞秒激光加工CVD单晶金刚石实验及温度场仿真模拟研究。研究了飞秒激光能量密度、扫描速度、扫描次数对金刚石烧蚀区内纳米结构的影响。研究表明，金刚石被加工区域出现了沿着110晶向的微裂纹，在微槽边缘区域形成了周期为100~230 nm的纳米条纹，微槽中心区域形成了周期为460~640 nm的纳米条纹，且纳米条纹的形貌与激光加工参数密切相关。通过实验获得了金刚石的烧蚀阈值为3.20 J/cm²，且当激光能量密度为24.34 J/cm²时，金刚石的烧蚀速率为44.8 nm/pulse，材料去除率为4.34×10^-10 g/pulse。拉曼检测发现，微槽底部的金刚石发生了石墨化，理论计算的石墨层厚度为11.1 nm。根据不同激光能量密度下拉曼峰的频移计算飞秒激光辐照后金刚石微槽内的残余应力，当激光能量密度增加至24.34 J/cm²时，残余拉应力增大至1 389 MPa。温度场仿真结果表明，飞秒激光加工金刚石的材料去除主要是以金刚石升华为主，且飞秒激光辐照能量大多集中在金刚石的表层，几乎不会通过热传导扩散到金刚石内部。