在高功率CO2激光系统中,光学薄膜作为光学元件一个组成部分,通常是重要而又薄弱的环节。在高功率密度状态下,激光输出窗口和全反射镜的热畸变和热破坏常常是限制激光功率提高和光束质量改善的关键技术问题。本文对高功率CO2激光谐振腔中用作窗口的减反膜、部分反射膜和用作反射镜的全反膜等相关薄膜膜系的设计和薄膜离子辅助镀工艺进行了深入的理论分析和实验研究。本文采用Needle法和Tunneling法相结合的优化设计方法,考虑了高功率激光系统光学薄膜内电场强度分布,构造了新的评价函数,实现了最优化膜系结构的自动设计;并对设计出的膜系结构进行了膜层灵敏度的分析,对实际镀制起到一定的指导作用。从材料的热传导率、吸收以及热膨胀系数入手,选择合适的反射镜基底材料和窗口基底材料。采用正交实验法,对离子辅助镀工艺进行了研究,分析了基片温度、屏极电压和束流密度三个主要参数对镀膜质量的影响,找到了合适的工艺参数。在对膜料折射率的测试中,我们采用椭圆偏振法和分光光度法两种方法进行测量,由于这两种方法的局限性,我们采用基于最优化原理的方法计算出了YF3和ZnSe的折射率和消光系数,拟合出与测试曲线比较吻合的曲线,并与上面两种方法进行了比较。本文研究了光学薄膜的监控方法,提出了一种新的设计方法——复合监控法,即将晶振监控和极值法光学监控两个监控方法复合起来。该方法利用晶振监控中的良好的线性度来校正光学监控中的停镀点,更适合于采用可见光监控长波段红外光学薄膜的淀积,即使在晶振失效时仍然可以采用过正量监控方法,保证了薄膜镀制成功。本文完成了大量薄膜淀积实验,确定了各种膜材料的最佳工艺参数,最后镀制出符合设计要求的GaAs部分透射窗口,ZnSe全透窗口和全反镜,并应用于实践中,效果比较好。