超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源，并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎任何固体材料，极大地丰富了媒介的选择性。由于某些材料的等离子体内低电离态离子共振跃迁频率与谐波波长存在匹配，使得在极紫外波段特定阶次谐波表现出明显的共振增强效应，从而能够获得强单色的高次谐波辐射。结合纳米颗粒的近场增强效应和较大的电子回撞截面，极紫外波段的高次谐波转换效率可以进一步得到提高。激光等离子体高次谐波有望产生高脉冲能量、增强阶次可调和高重复频率的相干极紫外辐射。综述单阶谐波共振增强效应的产生原理和研究进展，分析各种优化方法和光场调控手段，并对未来的发展趋势进行展望。

自支撑薄膜滤片是极紫外波段重要的透射式光学元件。为获得13.5 nm极紫外高透射率滤片，本文选用硅（Si）作为膜层材料，通过脉冲直流磁控溅射在可溶性衬底沉积厚度为50 nm的Si单层膜，并成功制备了自支撑Si薄膜滤片样品。利用X射线反射、扫描电镜、同步辐射装置等测试手段分别对样品膜厚、形貌以及光学性能进行了表征，结果表明，50 nm厚的Si滤片在13.5 nm处透射率达到86.02%。进一步通过检测样品组分，结合IMD软件计算并分析了滤片氧化程度，解释了其在12.5~20 nm波段理论透射率与测量值之间存在差异的原因。该研究成果将极大地拓宽此类高透射率Si滤片在极紫外光学工程领域的应用前景。

选用纳米球刻蚀技术在蓝宝石(Al₂O₃)基底上制备350 nm 聚苯乙烯(PS)微球密排掩模版,然后采用反应射频磁控溅射方法分别在PS/Al₂O₃和Al₂O₃基底上沉积氧化锌(ZnO)薄膜,去除掩模版的PS微球后,对经退火处理的两种样品进行X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察和荧光光谱测试。结果表明,在PS/Al₂O₃上生长的ZnO薄膜(样品1)的晶粒呈明显的蠕虫状,而直接在Al₂O₃基底上生长的ZnO薄膜(样品2)表面晶粒为不完全六棱台形状。样品2的结晶性能优于样品1,但是在362 nm附近样品1的近带边缘荧光发射峰强度比样品2的发射峰强43倍。

太阳参考光谱是星上辐射定标和波长定标的基准。 太阳活动周期内, 太阳辐照度光谱幅值存在周期性波动, 紫外波段光谱幅值变化达10%以上, 相对于3%的星上绝对定标需求, 太阳的时变特性不可忽略。 针对不同分辨率和采样率的太阳参考光谱, 首先研究了插值间隔和卷积间隔对计算MgII参数的数值影响, 通过分析比较后选择合适的插值、 卷积间隔, 并基于Climate和SORCE的MgII参数时间序列完成太阳周期性变化建模。 然后选择2003年8月21日至2012年4月15日期间80组数据, 每组包含2个不同日期的不同波长的辐照度光谱幅值和MgII值, 针对该80组数据使用一阶拟合取代比值方法计算得到转换因子, 将不同日期的太阳参考光谱幅值修正到同一日期并与实际观测真值比较; 结果表明了一阶拟合与比值方法相比有着更高的反演精度及预测精度。 最后, 基于一阶拟合转换因子和MgII参数时间序列对现有光谱进行时间和格式归一化, 通过分波段筛除偏离较大光谱数据的方法构建了2008年6月25日, 分辨率为1 nm、 采样率为0.1 nm的太阳参考光谱。 原有的12条光谱经过筛除后, 留下全波段均位于中位的光谱6条, 所构建的光谱同筛选出的6条光谱平均值相比, 绝对误差在0.982%以内。 所构建的光谱可以通过MgII参数时间序列和转换因子计算得到任意日期下的光谱。 针对该参考光谱利用KNMI高光谱进行分辨率和采样率提升, 最终基于我国计划发射的风云三号紫外高光谱臭氧探测仪（OMS）在轨观测和星上定标需求, 构建得到了波长范围250～500 nm, 分辨率0.1 nm, 采样率0.01 nm的太阳参考光谱。

环境温度的变化会引起光学系统产生热离焦现象,导致系统像质不稳定。由于材料的限制,在深紫外波段内,光学系统的无热化设计过程和结果十分复杂。因此,提出了拆分设计和单层衍射光学元件相结合的方法实现深紫外光学系统的无热化设计。该方法首先求解了消热差、消色差方程组,并用结果对深紫外光学系统进行拆分再组合,简化了无热化设计过程。然后在组合系统中加入单层衍射光学元件以简化设计结果。用该方法对焦距为110 mm,F数为3.5,温度为-60~100 ℃的深紫外侦察相机镜头进行无热化设计,得到的系统在奈奎斯特频率为18.5 lp/mm处,调制传递函数均大于0.65。结果表明,该方法能解决深紫外透射式光学系统在宽温度范围内的热离焦问题,同时能提升系统的光学性能。

为实现金属光栅偏振器件在光刻机偏振照明系统中的应用,基于共振域光栅的反常偏振效应,提出一种以二氧化硅为基底、铝与氟化镁作为栅线材料的介质-金属光栅偏振器。与传统的亚波长金属光栅偏振器相比,该偏振器的光栅周期接近入射波长(0.19~0.20 μm),表现出透射TE偏振光、反射TM偏振光的反常特性。由时域有限差分算法(FDTD)的数值模拟结果可得,当波长为0.193 μm的光垂直入射时,该光栅偏振器对TE偏振光的透过率大于60%,偏振消光比大于180。与具有相同结构参数和栅线材料的单层金属光栅偏振器相比,该介质-金属光栅偏振器在深紫外波段具有良好的偏振性能,TE偏振光透过率提升了约10%,偏振消光比提升了4.5倍左右(在0.193 μm波长下)。

介绍了东方超环(experimental advanced supereonducting tokamak, EAST)托卡马克上的两套快速极紫外(EUV)光谱仪系统波长的原位标定方法、 结果及其应用。 这两套谱仪均为掠入射平场谱仪, 时间分辨均为5 ms·frame-1。 两套谱仪分别工作在20～500和10～130 的波段范围, 由步进电机控制探测器在焦平面上移动实现整个观测波段上的波长扫描。 利用这两套谱仪系统观测极紫外波段光谱, 计算EAST中低-高Z杂质离子特征线辐射强度随时间的演化, 监测和研究等离子体中杂质的行为。 高Z杂质尤其是钨、 钼等金属元素, 发出的EUV波段光谱的构成非常复杂, 准确识谱对谱仪精确的波长测量能力以及谱分辨能力要求很高, 因此精确的波长标定是识别钨、 钼等高Z杂质谱线以及研究它们行为的最关键的技术之一。 利用EAST等离子体中类氢到类铍的低、 中Z杂质的特征谱线以及它们的二阶甚至三阶谱线, 结合谱仪系统的色散能力, 对这两套快速极紫外光谱仪的波长进行了精确的原位标定。 用于波长标定的杂质谱线有O Ⅷ 18.97 , O Ⅶ 21.60 , C Ⅵ 33.73 , Li Ⅲ 113.9 , Li Ⅲ 135.0 , Li Ⅱ 199.28 , Ar ⅩⅤ 221.15 , He Ⅱ 256.317 , He Ⅱ 303.78 , Ar ⅩⅥ 353.853 及C Ⅳ 384.174 等。 利用波长标定的结果对观测到的EUV光谱进行谱线识别, 两套谱仪观测到的绝大多数谱线波长与美国技术标准局(National Institute of Standards and Technology, NIST)数据库的标准波长相差分别小于0.08和0.03 。 开发了谱仪波长原位标定程序模块, 将这个模块内嵌到谱仪数据实时上传的交互式软件中, 实现了全谱数据以及特征谱线强度随时间演化数据的实时处理和上传。 同时利用开发的全谱分析交互式软件以及EAST上的数据查看软件, 最终实现了快速EUV谱仪自采数据的准实时分析、 读取和查看。

磁约束等离子体中杂质(特别是高Z杂质)的存在将大大增强等离子体辐射功率损失, 破坏等离子体的约束性能。 杂质行为的定量研究首先要求对杂质测量的光谱诊断系统进行绝对强度标定, 获得灵敏度响应曲线。 介绍了EAST托卡马克上的快速极紫外光谱仪系统绝对强度的原位标定方法。 在波长范围20～150 内, 通过对比极紫外(EUV)波段连续轫致辐射强度的计算值和测量值得到光谱仪的绝对强度标定。 在此过程中, 首先由(523±1) nm范围内可见连续轫致辐射强度的绝对测量值计算出有效电荷数Zeff, 进而结合电子温度和密度分布计算EUV波段连续轫致辐射强度； EUV波段连续轫致辐射强度的测量值即为不同波长处探测器的连续本底计数扣除背景噪声计数值。 对于较长波段范围130～280 , 通过对比等离子体中类锂杂质离子(Fe23+, Cr21+, Ar15+)和类钠杂质离子(Mo31+, Fe15+)发出的共振谱线对(跃迁分别为1s22s 2S1/2—1s22p 2P1/2, 3/2及2p63s 2S1/2—2p63p 2P1/2, 3/2)强度比的理论和实验值进行相对强度标定。 其中共振谱线对强度比的理论值由辐射碰撞模型计算得到, 模型中处在各个能级的离子数主要由电子碰撞激发, 去激发以及辐射衰变三个过程决定。 两种方法相结合, 实现了光谱仪20～280 范围的绝对强度标定。 考虑轫致辐射、 电子温度及电子密度的测量误差, 绝对标定误差约为30%。 在绝对标定的基础上, 我们对杂质特征谱线强度进行绝对测量, 并将测量结果与杂质输运程序结合ADAS(Atomic Data and Analysis Structure)原子数据库计算得到的模拟值进行比较, 进而估算等离子体中的杂质浓度。

拉曼激光雷达通过探测与水汽浓度相关的大气水汽振动拉曼散射回波信号， 可实现大气水汽混合比廓线的探测。 然而由于振动拉曼信号非常微弱， 在白天测量时振动拉曼散射光谱会淹没在太阳背景光中， 多在夜间测量。 为实现大气水汽的全天时测量， 设计开发一套日盲紫外波段拉曼激光雷达系统。 该系统选择Nd∶YAG脉冲激光器的四倍频输出—2660 nm日盲紫外波段作为拉曼激光雷达系统的激励波长， 采用镀高增益介质膜的牛顿式望远镜作为接收器， 同时利用二向色镜和超窄带干涉滤光片设计高效率的高光谱分光系统， 实现了大气氧气、 氮气和水汽振动拉曼散射回波信号2775， 2836和2946 nm的精细提取。 计算仿真结果表明， 臭氧吸收对日盲紫外域拉曼激光雷达探测存在一定的影响， 主要是探测距离的影响； 氮气通道不受白天太阳背景光噪声的影响； 水汽通道存在少量太阳背景光噪声， 对系统探测距离略有影响。 而系统信噪比计算结果表明， 设计的日盲紫外域拉曼激光雷达系统可实现白天35 km大气水汽的探测。 实际进行水汽探测时， 可利用氮气和氧气通道反演出臭氧浓度廓线， 修正臭氧对发射波长、 各通道拉曼散射波长的吸收， 进一步提升系统的探测能力和探测精度。