机械刻划制备大尺寸中阶梯衍射光栅是亚微米级的成槽挤压过程,在薄膜成槽变形过程中应力的产生与分布会直接影响槽形质量。受限于实际加工及检测手段,无法对薄膜内应力进行有效研究与计算。通过建立无基底纯铝膜模型、仅存玻璃基底铝薄膜模型与具有玻璃-铬复合基底的真实铝薄膜等三种模型,采用有限元模拟压痕试验分析方法,对比分析受压区域应力分布情况,总结受压薄膜内应力分布规律。实验研究表明",三明治"式复合基底有助于薄膜内竖直方向内部应力的分布优化。此研究创新了基底效应与薄膜内应力相互影响关系的研究方法,同时为机刻光栅制备工艺提供借鉴指导。

根据总积分散射理论自制了半球式总积分散射仪，建立了系统规范的测试方法，并应用其对工程中SiC基底表面改性的效果进行了相关检测和评估。改性后RB-SiC和S-SiC基底的散射系数分别降低到2．86％和1．53％，已接近于抛光良好的微晶玻璃的水平（1．38％）。该散射仪的优点是操作简单、方便快捷、不接触样品、对表面无损害。通过对测试数据的分析可知，从散射特性角度对SiC基底表面改性效果进行评估是合理有效的。把相关测试结果与分光光度计的测试结果对比，测量偏差在1．1％左右，说明该总积分散射仪的测试结果准确可靠。

为了满足空间用大口径、复杂轻量化结构RB-SiC基底反射镜对高性能表面质量的需求,针对RB-SiC基底的特性,提出了改进表面改性工艺的方法。采用高能量考夫曼离子源辅助,预先对基底进行碳化和加镀C缓冲层,并制备Si改性涂层的方法对RB-SiC基底进行了表面改性。测试结果表明：与单纯霍尔离子源辅助方法相比,该工艺方法制备的Si改性涂层生长得更加致密、均匀,抛光特性良好;改性抛光后表面粗糙度（rms）降低到0.635 nm,达到了S-SiC基底的水平;改性后RB-SiC基底的反射率明显提高,达到了抛光良好的微晶玻璃的水平。结果表明,该工艺方法是提高RB-SiC基底表面改性效果的一种合理有效的方法。

为了消除SiC反射镜的固有缺陷,提高反射式光学系统的信噪比,使用SiC表面改性技术对同轴三反射（TMC）光学系统的SiC反射镜进行了处理。首先,应用等离子体辅助沉积（PIAD）技术沉积了一层Si改性层,接着对改性层进行精密抛光,然后在反射镜表面镀制Ag膜和增强膜,最后获得了表面改性对TMC光学系统信噪比的影响。Wyko轮廓仪测试表明,SiC反射镜的粗糙度Ra由10.42nm降低到了0.95nm;镀制高反射膜后,主镜、次镜、三镜及折叠镜在0.5～0.8μm可见光波段的反射率＆gt;98%。计算结果表明,应用了表面改性技术后TMC反射式光学系统的信噪比提高了5%以上,说明SiC表面改性技术是一种提高TMC光学系统信噪比的有效方法。

为了获得高质量光学表面的非球面碳化硅（SiC）反射镜，对碳化硅反射镜表面改性技术以及离子束辅助沉积（IBAD）Si改性后的非球面碳化硅反射镜的加工技术进行了研究。介绍了碳化硅反射镜表面改性技术以及本文所采用的离子束辅助沉积（IBAD）Si的改性方法。然后，采用氧化铈（CeO2）、氧化铝（Al2O3）以及二氧化硅（SiO2）等各种抛光液对离子束辅助沉积（IBAD）Si的碳化硅样片进行抛光实验。最后，在上述实验的基础上，采用计算机控制光学表面成型（CCOS）技术对尺寸为650mm×200mm的表面改性离轴非球面碳化硅反射镜进行加工。实验结果表明：CeO2抛光液的抛光效率较高；使用SiO2抛光液抛光后的样片表面质量最好；表面改性离轴非球面碳化硅反射镜加工后的最终检测结果为：实际使用171径内的面形精度（RMS值）为0．016λ（λ=0．6328μm），表面粗糙度...

利用霍尔离子源辅助电子束蒸发方法,分别在反应烧结碳化硅（RB-SiC）和常压烧结碳化硅（Sintered SiC,S-SiC）基底材料上制备了Si改性膜层,并进行了相关性能测试和分析。经过表面改性,两种基底的表面粗糙度（rms）大幅地降低,镀银后的反射率有较大地提高,基底表面光学质量已满足工程应用要求。在相同工艺条件下,S-SiC基底改性后效果好于RB-SiC基底的情况,主要是因为Si膜在两种基底表面生长情况不同所致。

根据空间应用项目需求，采用等离子辅助电子束蒸发方法对RB—SiC基底进行了表面改性，并对表面改性的性能和可靠性进行了相关评估．经测试，改性后RB—SiC基底表面粗糙度（rms）降低到0．632nm；散射系数降低到2．81％，500～1000nm范围的平均反射率提高到97．05％，已经接近于抛光良好的微晶玻璃的水平；改性涂层温度稳定性高，与基底结合牢固；加工后，面形精度达到0．1192（PV）和0．0142（rms），λ=632．8nm．评估结果表明，这种SiC基底表面改性的工艺是可靠的，其光学性能满足空间高质量光学系统的要求，适宜空间环境应用．

机刻中阶梯衍射光栅厚铝膜通过真空蒸镀方法获得,其内部存在残余应力,与基底效应耦合作用,增加纳米压入测试与刻划成槽模拟仿真的研究难度。为此,基于材料变形弹塑性接触理论和量纲分析方法,建立具有内部残余应力的光栅厚铝膜模型,研究内部残余应力与基底效应耦合作用对纳米压痕硬度与隆起高度的影响规律。结果显示,随着薄膜内部残余应力变大,铝膜载荷和表面隆起高度减小;受基底效应耦合影响,其二者变化趋势逐渐增大。此研究为机刻衍射光栅厚铝膜力学性能纳米压入测试及刻划成槽研究提供重要参考。

铝薄膜硬度对机械刻制中阶梯母光栅质量影响显著。常采用纳米压入方法进行硬度测试。由于薄膜“三明治”式复合结构，进一步增加薄膜硬度表征的困难。为探究光栅厚铝薄膜的硬度特性，对其做浅压深和大压深纳米压痕实验，基于Nix-Gao模型和压痕功法。进行实验数据拟合与分析。结果显示。衍射光栅铝膜的本征硬度为0．4806GPa，浅压深拟合得到的尺度效应特征长度为0．38μm，大压深拟合得到的尺度效应长度为2．22μm，此研究揭示出基底存在尺度效应。为中阶梯衍射光栅厚铝膜的硬度研究提供参考和指导。