基于反射率测量原理，提出了一种具有对称性和自校准的薄膜透反射率测量仪器。仪器具有两个照明系统和两个光收集系统,并分别对称地置于样品台的两侧,测量时测量光线依次经过照明系统、样品和光收集系统。由于该设计具有对称性,因而可消去光学系统的不对称误差,而且可实现自校准功能,同时获得垂直入射情况下薄膜的反射、透射和光学损耗。

提出了低偏振分离的立方棱镜带通滤光片的设计方法。为减小光在立方棱镜中s、p偏振光的偏振分离, 采用三种材料来构成带通滤光片的反射镜, 并采用不同折射率排列的反射镜结构构成嵌入式的多个带通滤光片, 既提高了s、p偏振光的通带透射率, 又减小了s、p偏振光在通带中的偏振分离和偏振位相差。通过改变反射镜的基本周期数和滤光片的周期数, 可以调节滤光片的通带宽度和截止度, 经膜厚优化, 得到满意的设计结果。

提出了一种具有低偏振像差的偏振分色合色系统的设计方法。通过优化设计得到的结果为:短波通膜透射曲线的S、P偏振分离为1.9 nm,长波通膜透射曲线的S、P偏振分离为0.8 nm;短波通膜和长波通膜合成的S、P偏振位相差在整个工作波长420～680 nm为小于29°且大于-10°,相比常规的偏振分色合色系统,偏振像差得到了显著改善。

设计了400～900 nm波段上的超宽带减反射膜, 在410～850 nm范围内的平均残余反射率设计值约为0.2%,在设计的全波段上约为0.24%。讨论了初始膜系结构的选择原则,分析了带宽、膜层折射率差、最外层折射率和膜层总厚度等因素对宽带减反射特性的影响。对特定的带宽, 增加两种薄膜材料的折射率差和选择尽可能低的最外层折射率对获得优良的减反射特性是非常重要的。实验制备了K9玻璃上TiO2/MgF2两种材料组成的8层结构的超宽带减反射膜, 实测结果表明,在带宽520 nm范围内的平均残余反射率约为0.44%,说明用二种材料设计超宽带减反射膜是成功的,对垂直入射的减反射膜, 多种材料的膜系并不比两种材料更具优越性。

基于窄带干涉滤光片的峰值透射率测量可以直接反演出薄膜的消光系数,从而得到了一种简易而又精确的评价薄膜微弱损耗的新方法。 阐述了确定弱吸收薄膜消光系数的基本原理,并分析了这种评价方法的基本精度。讨论了离子束溅射TiO2薄膜的制备参量对薄膜消光系数的影响。发现溅射速率和氧分压是影响TiO2薄膜损耗的灵敏因素。在保持其它参量不变的条件下,溅射速率从0.35 nm/s下降到0.23 nm/s,TiO2薄膜的消光系数从3.9×10-5下降到2.1×10-5;辅助离子源的Ar∶O比从1∶2变化为1∶4,对应的消光系数从5.6×10-5下降到2.3×10-5。此外,随着基板温度的提高,损耗也会有所增加。TiO2薄膜消光系数评价的合理性表明由窄带滤光片的峰值透射率来反演薄膜的消光系数是可行的。