自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点，但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长，另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题，提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务，该网络模型的更新不依赖于数据集，而是将生成神经网络与传输矩阵方法（TMM）相结合，通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构，并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示，本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件，实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比，生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解，与普通神经网络相比，全局优化网络考虑整体的优化目标，通过全局搜索寻找全局最优解，设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。

为了明确超快激光损伤典型成像探测器膜层结构的物理机制, 对飞秒脉冲激光辐照硅基多层膜的损伤特性, 以及各种损伤效应对应的激光能量通量范围和阈值条件进行研究。利用波长为800 nm、脉冲宽度为100 fs的脉冲激光和金相显微镜研究了硅基多层膜在不同激光能量通量和不同脉冲累积下的损伤效应。在能量通量为101~247 J/cm2的激光单脉冲辐照下, 激光作用区域可观察到氧化/无定形化、非热烧蚀和激光诱导等离子体烧蚀所引起的表面损伤, 其损伤效应与激光能量通量有明显联系, 激光作用区域尺寸随能量通量线性增大。在242 J/cm2到247 J/cm2激光能量通量范围内, 可在辐照表面观察到激光诱导压力导致的多层损伤, 损伤概率随激光能量通量的增加由1%增大到51%。在激光能量通量为101 J/cm2的连续多脉冲辐照下, 烧蚀区域尺寸几乎不变, 但烧蚀深度逐渐增加, 其多层损伤机制为表面损伤的累积效应。通过单脉冲损伤实验数据拟合计算确定, 飞秒激光诱导硅基多层膜表面损伤阈值为0543 J/cm2, 应力多层损伤阈值为216 J/cm2。低激光能量通量(≤101 J/cm2)多脉冲辐照累积作用同样可造成硅基多层膜深层损伤。

针对传统高光谱成像系统体积质量大、光机结构复杂、成本高等缺点，亟待微小型化的需求，开展高光谱成像芯片中布拉格反射镜设计和制备的研究，根据布拉格分布膜系理论开发的多层膜系结构的模拟器，并根据结构设计完成了5层和7层膜系布拉格反射镜的制作，利用可见/近红外分光光度计，对布拉格反射镜的反射率进行测量，与模拟器进行对比，由于布拉格镜的实际制备存在“瑕疵”，导致误差≤3%,多层膜系结构模拟器可以指导实际布拉格反射镜的制备，为高光谱成像芯片化奠定基础。

分析了Nd∶YAG板条中产生强烈放大自发辐射(ASE)的原因,开展了抑制高增益激光板条中ASE的理论和实验研究。抽运光占空比为8%,峰值抽运功率为21.38 kW,波长为1064 nm连续探测光的注入光强为4 W/cm ²,在Nd∶YAG板条上、下表面镀制普通倏逝膜和多层复合膜时探测光功率的放大倍率分别为1.82和1.92,Nd∶YAG板条总储能增大了4.6%。实验结果表明:通过对Nd∶YAG板条上、下表面镀制多层复合膜,可在一定程度上抑制板条内的ASE效应,增大激光板条的总储能。

拥有介质/金属/介质结构的透明导电多层膜的光学与电学性能优于单层透明导电氧化物膜或金属膜，且能够在低温下制备。采用磁控溅射室温制备ZnO/Ag/SiN透明导电多层膜，并进行变角度椭圆偏振光谱测量。对单层膜建立物理模型并进行拟合，获得每层膜的折射率与消光系数。由单层膜模型组建多层膜模型，使多层膜的椭圆偏振光谱拟合值与实测值相吻合。拟合结果表明，不同O2和Ar流量比条件下制备衬底层ZnO时，功能层Ag的Drude模型中载流子浓度几乎不变，而迁移率不同。当O2和Ar流量比使ZnO处于氧化态时，Ag层的迁移率最高，由X射线衍射分析发现，此时Ag层具有最强的结晶强度与择优取向。

为了提高表面等离子共振系统的分辨率,提出了一种五层结构的表面等离子共振效应的激励模型：棱镜基底-银膜-电介质层1-电介质层2-待测介质.采用薄膜光学和波导理论,讨论了银和双电介质层复合而成的共振薄膜对表面等离子共振效应的激励机理与调制特性的作用.借助有限元分析方法,数值模拟得到双电介质表面等离子共振激励模型的共振光谱.分析结果表明,当待测介质折射率相同时,双电介质表面等离子共振激励模型共振光谱的半峰宽约为传统棱镜表面等离子体共振的0.1倍,理论计算得到双电介质表面等离子共振激励模型的系统分辨率相较于传统棱镜表面提高了5.4倍.以乙二醇溶液为待测样本,分析得到传感器的灵敏度约为7.2°/RIU,品质因数约为465,证明了该结构设计的可行性,为设计高分辨率和高品质因数的传感系统提供了理论参考.

采用射频磁控溅射和热退火处理技术制备SiNx/Si/SiNx多层薄膜，测试了纳米硅晶粒平均尺寸、光学带隙和薄膜对1064 nm激光的非线性吸收系数。建立SiNx/Si/SiNx多层薄膜被动调Q的Nd:YVO4双波长激光器速率方程，得到双波长调Q脉冲的数值模拟结果。在激光二极管(LD)端面抽运的三镜复合腔Nd:YVO4激光器中，SiNx/Si/SiNx多层薄膜作为可饱和吸收体同时实现了双波长激光被动调Q，获得20 ns的1064 nm激光脉冲和19 ns的1342 nm激光脉冲输出。研究表明，薄膜对1064 nm和对1342 nm的双光子饱和吸收是双波长激光被动调Q的直接原因；激光器两个支腔输出损耗的差别和薄膜对两个波长的非线性吸收系数的相对值影响了双波长脉冲的宽度和时间间隔。

分别以丙醇锆和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备了性能稳定的ZrO2和SiO2溶胶。用旋转镀膜法在K9玻璃上分别制备了SiO2单层膜、ZrO2单层膜和ZrO2/SiO2/ZrO2三层膜。采用椭偏仪测量薄膜的厚度与折射率,用紫外-可见分光光度计测量了薄膜的透过率,利用TFCalc_Demo模系设计软件,采用三层理论模型对薄膜的透过率进行模拟,用扫描电镜(SEM)观察了三层膜的断面结构,用X射线光电子能谱仪(XPS)测量了薄膜的成分随深度方向的变化,进一步验证了ZrO2/SiO2/ZrO2三层膜之间的渗透关系,同时对多层膜的界面结构探测方法起到了借鉴作用。

利用P-偏振光双面反射法测量了浸泡提拉法制备的“有机硅树脂-二氧化硅-有机硅树脂”三层膜样品两面P-偏振光反射光强比γ与入射角θi关系曲线,经过数据拟合,确定了这三层薄膜的光学参数,同时研究了薄膜间的相互作用层的光学参数。测量结果表明此方法可能成为研究薄膜和膜层之间相互作用的一种新手段。