半波孔问题严重影响了倍频分束镜在高功率激光系统中的应用。为研究半波孔的产生机理，分别模拟了由高、低折射率膜层厚度失配和膜料色散失配引起的1/4波长对称规整膜系的半波孔。基于等效层理论，在Matlab平台上计算膜系的等效折射率E，绘出其对应的反射率极值包络曲线。通过研究对称膜系的等效折射率、反射率光谱和反射率包络之间的关系，从原理上分析了半波孔的大小、位置和变化趋势等特点。结果表明，膜层的厚度失配使对称膜系的等效折射率在光谱半波处产生截止带。膜层数越多，膜层厚度和膜料色散的失配越严重，则倍频分束镜的半波孔越深。

针对光学系统中可见/红外宽光谱分色片的偏振特性, 采用诱导透射法设计了满足偏振遥感光学系统能量要求的可见/红外宽光谱分色片, 并对其偏振特性进行了分析. 通过计算获得了透射带400~900 nm可见/红外宽光谱分色片的偏振情况, 采用等效层理论在其基底背面设计了偏振调控膜系, 对分色片透射带的偏振度加以调控. 使用needle优化算法, 设定了不同优化目标, 得到了三种不同的设计结果, 在可见光波段的偏振度范围分别为0.013~0.0376、0.068~0.108和0.098~0.147. 设计结果显示分色片透射带偏振特性在一定程度上可调, 调控后可以满足系统对透射光在不同偏振度下的要求.

为了研究入射角对对称膜系薄膜偏光分束镜性能的影响，从等效膜层理论和截止带理论出发，采用图像法分析了分光光谱带宽和透过率随入射角的变化趋势和原因。利用UV3101-PC分光光度计测量了(LHL)^N膜系偏光分束镜在不同入射角下的透射分光光谱，实验结果与理论分析一致。结果表明，分光光谱带宽和入射角存在直接联系，分光光谱带宽随入射角的增大先变宽后变窄，存在一个带宽最大值，以带宽最大值对应的入射角为基点，减小入射角时，分光光谱带宽向长波段漂移并且出现凹陷；增大入射角时，分光光谱向短波段漂移。这些结果对优化对称膜系薄膜偏光分束镜有一定的参考价值。

为了设计制作1/4规整膜系的高性能薄膜偏光分束镜,根据三层对称膜系结构的等效膜层理论和截止带理论,设计了两种对称膜系结构的偏光分束镜。利用TFCalc薄膜软件对两种膜系结构偏光分束镜的分光光谱特性进行了模拟。利用电子枪蒸镀法分别制备了两种膜系结构的偏光分束镜(580-780 nm),并利用分光光度计和搭建的消光比测试系统,对两种膜系结构偏光分束镜的透射率和消光比进行了测试。结果表明,两种膜系结构的偏光分束镜在设计分光光谱范围内透射率可以达到90%以上,消光比优于3×10-3,与理论设计吻合得很好。

红外宽光谱增透膜作为红外光学系统中的关键元件,其研究是一项比较复杂而备受重视的工作。针对风云二号辐射计锗窗口的宽光谱增透膜的要求,通过对镀膜材料在既定工艺条件下的光学参数的准确拟合,采用非对称等效层理论,并将材料光学参数拟合值代入到膜系的优化过程中,从而得到能够与实际情况接近的理论设计膜系。经过工艺优化后,研制出的宽光谱增透膜在要求的3.5-4.0 mm,6.3-7.6 mm,10.3-11.3 mm三个通道的平均透射率均大于96％,而11.5-12.5 mm通道的平均透射率大于94％。膜层能够经受住浸泡、高温高湿等一系列环模试验的检验,完全满足项目的使用要求。