利用国内最大箱式高真空镀膜设备ZZS3600，开展了双离子束辅助反应蒸发技术及光学薄膜厚度均匀性研究。借助MarkⅡ离子源辅助反应蒸发技术，对Ta₂O₅、SiO₂常见的高、低折射率光学薄膜进行了制备与特性分析。结果表明：在蒸发源与沉积基底距离较大的镀膜环境下，具有低能、高束流密度离子源有利于薄膜结构的致密化，薄膜性能的改善。根据大口径光学元件尺寸，结合真空室空间几何配置，开展了行星及单轴转动方式下镀膜膜厚均匀性的研究。行星转动方式下，分析了直径140 cm行星盘工件膜厚均匀性，无修正挡板运行时膜厚不均匀性优于0.4%。单轴转动方式下，分析了200 cm光学元件膜厚均匀性，并通过设计修正挡板将膜厚不均匀性控制在0.6%以内。采用双离子束辅助反应蒸发技术有利于实现高性能大口径光学薄膜的制备。

在高温环境下, 由于不匹配性而产生的热应力是影响薄膜结构及性能稳定性的重要因素。本文使用有限元的方法, 从热应力的角度研究分析了高温环境下导致薄膜损伤的内在机理及相关可能的改善方法。仿真结果表明, 在高温环境下, 基板与薄膜匹配性对系统热应力的大小及结构的稳定性有非常大的影响; 相比白宝石 //TiO2系统, Si//TiO2薄膜存在较高的应力水平及边缘应力集中与突变现象; 采用 TiO2+SiO2复合过渡层的方法对于降低和调控薄膜-基底应力梯度的变化有很好的作用。

利用电子束蒸发、离子束辅助沉积和离子束反应溅射三种制备方法制备了单层 HfO2薄膜，对薄膜样品的晶体结构、光学特性、表面形貌以及吸收特性进行了研究。实验结果表明，薄膜特性与制备工艺有着密切的关系。电子束蒸发和离子束反应溅射制备的薄膜为非晶结构，而离子束辅助制备的薄膜为多晶结构。电子束蒸发制备的薄膜折射率较低，薄膜比较疏松，表面粗糙度较小，吸收相对较小，而离子束辅助以及离子束反应溅射制备的薄膜折射率较高，薄膜的结构比较致密，但表面粗糙度较大，吸收相对较大。不同制备工艺条件下薄膜的光学能隙范围为 5.30～5.43 eV，对应的吸收边的范围为 228.4～234.0 nm。

分别建立了旋转平面与球面夹具配置下的薄膜膜厚均匀性理论计算模型，对 3.6 m大口径镀膜机下直径为 2.6 m基板的膜厚均匀性进行了研究。为了改善膜厚均匀性，分别采用两个蒸发源和三个蒸发源进行蒸镀。薄膜的膜厚不均匀性通过理论计算模型进行优化计算得到。对于两个蒸发源，分别得到了两旋转夹具配置下的最优几何配置，对应的膜厚不均匀性最小值分别为 7.62%和 5.58%。对于三个蒸发源，也分别得到了两旋转夹具配置下的最优几何配置，对应的膜厚不均匀性最小值分别为 5.79%和 3.48%。结果表明：采用三个蒸发源能更好的改善膜厚分布，而且旋转球面夹具配置下得到的膜厚均匀性整体上较好。

利用离子束辅助沉积(IAD)技术制备了单层HfO2薄膜，离子源分别为End-Hall与APS离子源。采用Lambda900分光光度计、可变角光谱椭圆偏振仪（V-VASE）、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜（SEM）、ZYGO干涉仪和激光量热计测试了薄膜的透射光谱、光学常数、晶体结构、表面形貌和吸收（1064 nm）。实验结果表明，薄膜特性与辅助离子源及起始膜料有着密切的关系。End-Hall离子源辅助沉积制备的薄膜出现轻微的折射率不均匀性。两种离子源辅助沉积制备的薄膜折射率均较高，吸收损耗小，薄膜均为单斜晶相。不同离子源辅助沉积条件下，利用金属Hf为起始膜料制备的薄膜表面平整度较好，其均方根粗糙度和总积分散射均相对较小。与End-Hall离子源相比，APS离子源辅助沉积制备的薄膜吸收相对较小。