梯度折射率红外成像系统可在保持成像性能的基础上, 极大降低系统的尺寸、质量和成本, 有望推进红外成像系统向轻小型发展。然而, 目前没有可用的红外梯度折射率光学材料。本文基于65GeS2-25In2S3-10CsCl硫系玻璃, 利用梯度温度场热诱导析出轴向梯度分布的β-In2S3纳米晶体, 制得梯度折射率透明硫系微晶玻璃。结果表明: 析出的β-In2S3晶体为不同晶面取向纳米晶组成的多晶结构, 尺寸约为25 nm, 且晶体尺寸、数量与梯度温度场密切相关; 制得的梯度折射率硫系微晶玻璃仍保持良好的长波红外透过率, 且其10 μm处最大折射率差Δn达0.047。

采用温度振荡法和改进的布里奇曼法进行了CdGeAs2多晶合成与单晶生长，生长出28 mm×65 mm完整无开裂的CdGeAs2单晶体。用金刚石外圆切割机切割出CdGeAs2晶片，采用X射线衍射(XRD)和X射线能量色散谱仪(EDS)对合成的多晶粉末和切割出的晶片进行表征。结果表明，合成产物为单相四方黄铜矿结构的CdGeAs2多晶，晶片的原子百分比接近于理想化学计量比。经傅里叶变换红外分光光度计测试发现，初生长的CdGeAs2晶体在11.3 μm处的吸收系数为0.117 cm-1，经过拟合计算得出禁带宽度为0.52 eV。通过变温(110~300 K)霍尔效应测试表明，CdGeAs2晶体在110~300 K温度范围内都为p型导电，载流子浓度pH和霍尔系数RH随温度的升高分别升高和下降，而霍尔迁移率μH几乎不变。拟合计算出晶体中受主电离能EA=0.305 eV，并进一步分析了生长晶体中可能存在的受主缺陷。

针对3~5 μm机载中波红外系统复杂气象条件下对地目标探测识别问题, 在理论研究的基础上, 采用PcModWin大气仿真软件, 进行了清洁大气、雾、云、雨等气象条件下的模拟仿真实验, 分析了不同气象条件下不同距离范围内该波段红外辐射透过率分布曲线和峰值参数的变化规律, 结合大气分子学理论, 证明了探测角度、大气能见度、雾型、云层类型、降雨(雪)强度等, 都是影响该波段机载红外系统对地目标探测识别效果的重要因素, 提出了工程运用中应当采取的策略方法。研究结果对后续工程试验和运用实践具有指导作用, 可提高该波段机载红外系统的应用效果。

碲锰镉(CdMnTe)作为性能优异的室温核辐射探测器材料, 可用于环境监测和工业无损检测领域。本文中采用Te溶剂Bridgman法生长In掺杂Cd0.9Mn0.1Te晶体, 制备成10 mm×10 mm×2 mm大小的室温单平面探测器, 研究了该探测器对241Am@59.5 keV γ射线源的能谱响应。通过表征红外透过率、电阻率以及探测器能谱响应等参数, 综合评定了探测器用CdMnTe晶体的质量、电学和探测器性能。结果表明, 晶片的红外透过率均在55%以上, 最好可达到60%。采用湿法钝化, 100 V偏压下的漏电流由钝化前的9.48 nA降为钝化后的7.90 nA, 钝化后的电阻率为2.832×1010 Ω·cm。在-400 V反向偏压下, CdMnTe探测器对241Am@59.5 keV γ射线源的能量分辨率在钝化前后分别为13.53%和12.51%, 钝化后的电子迁移率寿命积为1.049×10-3 cm2/V。研究了探测器的能量分辨率随电压的变化特性, 当偏压≤400 V时, 探测器的能量分辨率主要由载流子的收集效率决定, 而当偏压>400 V时, 能量分辨率由漏电流决定。本文研究结果表明, Te溶剂Bridgman法生长的CdMnTe晶体质量较好, 电阻率和电子迁移率寿命积满足探测器制备需求。

采用多坩埚温度梯度法(Multi-crucible temperature gradient technology,MC-TGT)制备了Dy3+掺杂氟化镧(Dy3+∶LaF3)晶体。通过电感耦合等离子体发射光谱仪、透射光谱、吸收光谱、荧光光谱等手段对Dy3+在LaF3晶体中的实际掺杂浓度、中红外透过光谱、可见光波段光谱特性等进行了研究。实验结果表明, Dy3+在LaF3晶体中的分凝系数约为0.8; 格位浓度随着Dy3+掺杂浓度提高而增加, 2%Dy∶LaF3晶体中的格位浓度达5.90×1020 ions·cm-3。在1%Dy∶LaF3晶体中, 采用400 nm光激发, 发光中心波长位于601 nm的发射谱带强度最大, 位于511 nm的发射峰最宽, 半高宽达152 nm; 改用450 nm光激发, 最强发射峰移至677 nm, 最宽发射峰位于568 nm处。提高Dy3+掺杂浓度到2%, 采用400 nm或450 nm光激发, 发光中心波长均位于478 nm和571 nm。在透射光谱2.5~9 μm范围内, Dy∶LaF3晶体(厚度为0.96 mm)红外波段透过率达85%以上。Dy∶LaF3晶体有望在可见光、中红外等激光领域得到应用。

设计了不同结构参数的几何拓扑结构, 对比分析了各几何拓扑结构的电磁屏蔽效能。建立了各几何拓扑结构的红外透过率公式, 用计算机图像处理和实验两种方法对其进行验证。用高频结构仿真软件(HFSS)对各几何拓扑结构进行仿真, 得到了不同几何拓扑结构在 12～18GHz波段内的电磁屏蔽效能。通过对比不同的几何拓扑结构电磁屏蔽效能的大小, 确定了在相同条件下, 电磁屏蔽效能最高的几何拓扑结构。采用光刻法得到十字形拓扑结构的实物, 用网络分析仪测试了其电磁屏蔽效能。对十字形拓扑结构的测试结果表明, 在频率增高时, 实测值和仿真值电磁屏蔽效能差值呈增大趋势。

采用垂直无籽晶气相升华法生长出直径37 mm的优质硒化镉(CdSe)单晶体，并沿光轴方向切割出20 mm×20 mm×3 mm的CdSe波片初胚。经研磨和抛光，在2~20 μm波段CdSe波片的红外透过率约为70%。为进一步提高波片的透过率，采用Essential-Macleod软件辅助设计方案，选用YF3和ZnS为双层增透膜材料，并获得最佳的膜系厚度。镀膜后的CdSe波片在6~12 μm波段透过率达到90%，在10.5 μm处的透过率最高，峰值高达99%。

利用传统熔融-淬冷工艺制备了65GeS2-15Ga2S3-(20-x)CsCl-xCsI(x=0, 5, 10, 15, 20)系列硫卤玻璃；通过测试该系列玻璃样品的密度、显微硬度、可见/近红外吸收光谱、红外透射光谱、喇曼谱、XRD衍射谱、玻璃转变温度等，对其进行了系统研究.结果表明：该系列玻璃具有较宽的成玻范围，在0.42～12 μm范围内具有良好的透过率;随着CsI含量（mol%）的增加，玻璃的密度逐渐增大；随着CsCl含量（mol%）的增加，光学带隙以及硬度逐渐增大；玻璃样品的玻璃转变温度随Cl－、I－的共掺比例发生明显变化, 当Cl－（mol%）：I－（mol%）=1时，玻璃转变温度最低.

硫化锌(ZnS)是一种重要的红外光学材料，在8～10 μm波段范围内拥有较高的透过率，广泛应用于导弹整流罩、红外天文卫星、红外光谱仪、测量仪和热像仪等领域。采用高温后处理工艺方法可促进晶粒生长，并起到消除热压多晶ZnS内部的残余六方相和气孔的作用，进而可提升材料光学透过性能。对于厚度5 mm的热压ZnS试验片，1.064 μm处透过率达到60%，2～10 μm平均透过率达到73%。经后处理的光学窗口其抗冲击性能测试结果表明，材料保留了原有热压ZnS材料的力学特性，且在400 ℃的条件下能够满足光电探测系统清晰成像的要求。