随着军用红外光学仪器的发展, 对红外光学镀膜元件耐环境性能的要求越来越高。以波段在 8～12.m的 Ge、ZnS、ZnSe镀增透膜样品为对象进行红外增透膜湿热雨林气候环境适应性研究。以外观质量、重量、光谱透射比等为评价指标进行环境适应性评价, 得出以下结果: 经过 3年湿热雨林气候环境试验, 红外增透膜出现了不同程度损伤, 损伤模式主要为变色和脱膜; 随着试验时间的延长, 变色越来越严重, 变色区域越来越大; 重量出现先减少后增加的现象, 光谱透射比出现少量下降; 经过 3年的湿热雨林气候环境试验后, 红外增透膜均已失效。

为了提高超声电机的环境适应性与能量转换效率, 本文分析并制造了宽温域低损耗的新型压电材料与摩擦功能材料, 提出了通过相结构调控、增加第三组元、引入偶极子缺陷钉扎畴壁等手段制备宽温域低损耗压电陶瓷材料的设计与制造方法; 为了提高超声电机摩擦界面能量传递效率及环境适应性, 设计了具有高摩擦系数、低磨损率且耐高温的聚酰亚胺复合材料。结果表明, 与传统材料相比, 新型压电陶瓷材料具有低介电损耗、高机械品质因数及高温度稳定性的优势, 使超声电机的能量转换效率提高3.3%, 而新型聚酰亚胺基摩擦材料在摩擦系数、耐磨性以及温度范围等指标上均有明显提高, 使电机的最大效率提高了6.19%。综合两种新型材料后, 超声电机的最大效率提升了13.6%, 可靠工作温度从-40~70 ℃提升至-60~120 ℃。本文提出的压电与摩擦功能材料既增强了超声电机的环境适应性, 也改善了电机输出性能, 对超声电机在航空航天等高端装备中的应用具有重要的意义。

为实现对望远镜系统中光学元件表面缺陷在线检测, 介绍了一种用于光学元件表面缺陷检测的变焦距成像光学系统, 采用机械变焦形式实现变焦功能。根据望远镜系统技术要求计算出变焦距系统的关键参数, 通过Zemax软件设计并优化得到最终结果, 整个变焦系统的设计实现了90 mm~540 mm的6倍变焦, 在变焦过程中F数和像面位置保持不变, 变焦系统总长为553.1 mm。从调制传递函数(MTF)、点列图2个方面分析了系统的成像质量, 系统在各焦距处的MTF值在100 lp/mm处均大于0.3, 物方分辨率优于0.055 mm, 在不同焦距处弥散斑半径均方根值均控制在艾里斑半径范围内。最后对系统环境适应性进行了分析, 讨论了工作温度范围为-10℃~40℃时对系统成像质量的影响, 并给出了温度补偿方案。实验结果表明, 补偿后的系统成像质量良好, 满足实际需求。

对镁/聚四氟乙烯/氟橡胶(MTV)药柱在高温振动条件下的热塑性能进行分析，在高温振动环境条件下对药柱进行仿真计算，结合仿真计算结果对镁/聚四氟乙烯/氟橡胶(MTV)药柱在高温振动条件下进行工作适应性分析，进行结构和工艺设计改进后进行试验验证。

深紫外光刻是目前集成电路制造的主流方法, 为实现更小的元件特征尺寸, 必须采用浸没式投影物镜以提高光学系统的分辨率, 由此向其中的薄膜光学元件提出了众多苛刻的要求。本文介绍了适用于浸没式光刻系统的薄膜材料及膜系设计, 以及高NA光学系统所需的大角度保偏膜系; 对物镜中最关键的浸液薄膜的液体环境适应性、疏水及防污染等关键问题进行了讨论; 对衡量浸没式光刻系统性能的重要因素镀膜元件激光辐照寿命, 尤其是浸液环境下的元件辐照寿命进行了分析。

MS1和MS2试验星是我国首批设计寿命10年的中高轨导航卫星, 为提高在轨精度和实现卫星精密定位, 作为舱外有效载荷, 两颗卫星均标配搭载了激光反射器。卫星激光反射器光学设计应考虑远场衍射等物理光学影响, 不能仅考虑几何光学理论设计。以试验星反射器为例, 基于角反射器光学远场衍射能量分布理论为基础, 采用最大雷达截面法进行反射器尺寸优化, 利用角度补偿法进行速差补偿角设计, 对反射器表面加工精度、反射表面特性、切割方式等光学参数进行优化分析计算, 并通过合理的机械结构和材料设计, 解决了高量级力学环境、330 ℃高低温度交变、10年空间辐照寿命等环境适应性问题。试验星光学测试结果表明: 参数设计合理, 可实现远场环带能量在预定观测区域的最大化, 在轨观测数据表明反射器工作正常, 测距精度、测距范围等指标满足预期设计, 理论设计和实践相符, 这对今后同类激光反射器的设计具有借鉴和指导意义。

深紫外波段是目前常规光学技术的短波极限, 随着波长的缩短, 深紫外光学薄膜开发面临一系列特殊的问题; 而对于深紫外光刻系统这样的典型超精密光学系统来说, 对薄膜光学元件提出的要求则更加苛刻。本文主要介绍了适用于深紫外光刻系统的薄膜材料及膜系设计; 对薄膜沉积工艺、元件面形保障、大口径曲面均匀性等超精密光学元件的指标保障关键问题进行了讨论; 对环境污染与激光辐照特性等光刻系统中薄膜元件环境适应性的重要因素进行了深入分析。以上分析为突破高性能深紫外光刻光学薄膜开发瓶颈, 更好地满足深紫外光刻等极高精度光学系统的应用需求指明了方向。