蓝宝石具有优良的综合性能,但较强的菲涅尔反射限制了其在高端精密光电器件和光学系统中的应用。因此,作为降低菲涅耳反射、提高入射光利用率和透射光质量的重要手段,蓝宝石表面抗反射技术对于提升光电转换效率、光学传感器灵敏度和光学系统稳定性具有重要意义。常见的抗反射技术包括在蓝宝石表面制备多层光学薄膜或在蓝宝石表面刻蚀形成微纳米级结构。与传统的抗反射多层膜或微结构抗反射相比,本文提出的氧化钇单层膜/微结构表面蓝宝石复合抗反射技术有望在进一步提升蓝宝石光学性能的同时,解决单一抗反射技术存在的诸如膜层匹配、设计复杂等问题。本文在综述国内外文献及开展相关调研的基础上,确定了研究目标、研究方案并开展了如下研究工作。首先,采用先沉积后溶解基底的方法获得反应磁控溅射制备的氧化钇粉末,分析了粉末在加热过程中的热变化和物质变化,结果表明:反应磁控溅射制备的氧化钇中含有大量吸附氧,解吸形成氧气是吸附氧在退火过程中的变化之一,该过程从260℃开始至330℃结束。其次,确定退火温度点(260℃、350℃、500℃和650℃),并分析退火温度对薄膜成分、微观结构、纳米力学和光学性能的影响,结果表明:退火过程中存在吸附氧解吸、氧原子和钇原子的价态变化等物质和电子转移过程,260~350℃退火时,吸附氧得到电子解吸形成氧气和晶格氧,薄膜中多余的钇原子失去电子化合价升高,两类原子相互协调促使薄膜成分趋近于化学计量比;沉积态氧化钇薄膜为立方相,呈现致密的柱状晶,退火温度对薄膜相组成无明显影响,350℃以下退火时柱状晶可以保持,而更高温度退火则导致柱状晶碎化和晶界消失;由于350℃退火不但可以促进吸附氧的有效解吸,而且可以保持柱状晶和立方相形态,因此该温度下获得的氧化钇薄膜的弹性模量为280GPa、压入硬度为12GPa,薄膜折射率达到1.845,为已知文献中的最高值。最后,以时域有限差分法的模拟结果为基础,在微结构表面蓝宝石表面制备不同厚度的氧化钇薄膜,研究了薄膜厚度对蓝宝石光学性能的影响。模拟计算表明,在直径=2.6μm、高=1.6μm和间距=0.4μm的圆锥结构的微结构表面蓝宝石的表面镀制厚度为300nm的氧化钇薄膜后,反射率和总透过率分别达到7.9%和91.7%;对于实际获得的氧化钇薄膜/微结构表面蓝宝石,在紫外可见近红外波段,其反射率和总透过率的实测值与计算值趋势一致,氧化钇薄膜对光学性能的提升效果受到波长的强烈影响,在250~1200nm波长范围内,300nm厚氧化钇薄膜/微结构表面蓝宝石的总透过率和衍射透过率分别达到93%和88%;在中红外波段,氧化钇薄膜对微结构表面蓝宝石的透过率有不利影响,300nm厚的氧化钇薄膜使其透过率降低2%。