AlN晶体是一种脆性难加工半导体材料。为了高效率高质量制备AlN晶体衬底，设计了不同化学成分的研磨液研磨AlN晶体，借助激光共聚焦显微镜和X射线光电子能谱仪研究了化学作用对晶体表面材料去除行为的影响。结果表明：碱性研磨液有利于获得最佳研磨结果，材料去除率为23 μm/h，表面粗糙度为Ra为122 nm。在碱性环境下研磨液中金刚石磨粒具有良好的分散性。碱性溶液能够腐蚀晶体表面，形成含碱式铝盐的变质层，并引起表面形貌产生显著改变。研磨界面内，化学作用导致AlN晶体表面产生变质层，便于材料的机械去除，从而有利于提升研磨效率和研磨质量。研究结果可为AlN晶体超精密加工工艺优化提供参考。

本文利用单因素及正交试验探究磨粒种类、抛光液pH值、表面活性剂种类、磨粒粒径对C面蓝宝石化学机械抛光材料去除率的影响, 试验结果表明: 采用二氧化硅作为磨粒能得到较高的材料去除率及较好的表面形貌; 材料去除率随抛光液pH值的增大呈现先增大再减小的趋势, 其中pH值在9附近能得到较好的去除率; 材料去除率还随着磨粒粒径的增大而增大; 使用三乙醇胺(TEA)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作表面活性剂能得到较高的材料去除率; 各试验因素对蓝宝石晶片材料去除率的主次顺序为磨粒粒径、表面活性剂、抛光液pH值; 其中当磨粒粒径为50 nm, 表面活性剂选CTAB, 抛光液pH值为9既能得到较高的材料去除率又能获得较好的表面质量。

为了快捷、精准测量脆性易解理氧化镓晶体的断裂韧度, 为氧化镓精密加工提供理论依据。采用G200纳米压痕仪对氧化镓晶体进行纳米压痕试验, 通过扫描电子显微镜分析压痕形貌, 分别采用纳米压痕法、能量法两种方法计算断裂韧度。纳米压痕法测得(010)面氧化镓晶体的断裂韧度为0.769 MPa·m1/2; 能量法测得其断裂韧度为0.782 MPa·m1/2。与传统的断裂韧度检测方法相比, 基于纳米压痕仪的压痕法和能量法能够微损伤快速检测脆性材料的断裂韧度。能量法是更精准、更便捷的纳米级断裂韧度检测方法。

建立了熔石英元件修复点交联分布数值模拟模型,利用标量衍射理论结合快速傅里叶变换算法,分析了351 nm激光辐照下修复区域对下游光传输的调制影响。研究结果表明,交联修复区域对下游光传输的调制主要受修复点间交联程度的影响,随着交联程度的增大,调制光场极大值迅速增大后快速减小,其分布位置先逐渐靠近后迅速远离修复元件出光面。光场调制随着传输距离的增大先快速增大后迅速减小。优化交联修复区域形貌结构参数可有效避免下游元件发生级联损伤。

为实现高功率激光装置长程传输光路中反射镜法线指向的精密准直，分析了反射镜法线指向安装误差来源。针对高功率激光装置结构和安装特点，选取了预准直、模块姿态离线复制和柔性对接相结合的精密准直方案。对离线准直测量精度和复位精度进行了验证，实验数据证实了方案的可行性。该技术在神光-Ⅲ主机装置光传输系统安装调试中取得了良好的效果。

建立了不同类型熔石英元件损伤修复坑形貌的三维模型，利用标量衍射理论并结合快速傅里叶变换算法研究了在351 nm激光辐照下修复坑形貌对光传输的影响规律。研究表明，无论是锥形、抛物形或是高斯形修复坑形貌，均会产生离轴位置的环形光场调制增强区，其环形调制极大值均主要受修复坑深度影响，随着修复坑深度的增大而增大，而其分布位置随着修复坑深度的增加逐渐靠近修复元件后表面，随着修复坑底面半径的增大而远离修复元件后表面; 同时，当修复坑深度与底面半径一定时，三类修复坑形貌中以抛物形修复坑形貌最为理想。

大口径反射镜组件检测存在的设备昂贵、环境要求苛刻等问题。基于S-H波前传感器的子孔径拼接检测技术，对其拼接算法进行改进，提出混联拼接算法，有效减小拼接导致的面形检测误差。该方法结合自准直波前检测系统和高精密二维扫描系统形成大口径反射镜反射面形拼接检测系统。对比实验表明，该系统测量误差为0.072 λ，满足高功率固体激光器对大口径反射镜组件装校过程面形控制的要求。