对公转结构电子束蒸发镀膜机的膜厚误差进行研究。提出一种基于非余弦膜厚分布理论的膜厚误差分析方法，并用数学方法对膜厚误差的分布进行表征。膜厚误差是基板表面位置的函数，不仅与镀膜工艺参数有关，还与蒸发源和基板之间的空间结构配置有关。理论分析表明，电子束蒸发源偏离工件盘公转轴，是引起膜厚误差的根本原因。在直径为2700 mm的镀膜机上镀制了三层介质膜，利用光谱反演膜厚误差，其结果与膜厚误差分布理论分析结果一致。

针对光学薄膜厚度测量困难问题，提出了一种基于激光外差干涉术的薄膜厚度测量方法。采用经典迈克尔逊干涉光路，利用外差干涉原理将薄膜厚度差转换为光程差，以精密位移平台为扫描机构实现薄膜厚度的逐行扫描测量。测量系统在恒温实验条件下20 min内的漂移不超过8 nm，测量结果平均差小于1 nm，通过与椭圆偏振仪的测量结果比较，测量差值为12.97 nm，表明了该方法的可行性。

利用射频磁控溅射方法,选取溅射时间为15,25,30和45 min,在蓝宝石衬底上沉积了V2O5薄膜。研究了其他实验参量不变,溅射时间不同对薄膜结构、薄膜厚度、表面形貌、电学及光学性能的影响。实验结果表明,制备出的薄膜为单一组分的V2O5薄膜,其在(001)面有明显的择优取向。随着溅身时间的增加,结晶性能逐渐变强,晶粒尺寸也逐渐变大,而表面粗糙度值会逐渐降低;在晶体结构完整的基础上,随着溅射时间的增加,相变温度和经历的温度范围会逐渐增加,电学突变性能会降低。测试了薄膜在中红外波段的高低温透过率,结果显示: 当膜厚为350 nm,波长为5 μm 时,薄膜的透过率从25 ℃时的81%变为300 ℃的7%,变化幅度可达74%;所有薄膜相变前后透过率的比值均为9~13,表现出了非常突出的光学开关特性。

光学薄膜的光学特性与其每一膜层的厚度密切相关, 为了制备出符合要求的光学薄膜产品, 在制备过程中必须监控膜厚。光学薄膜实时监控精度决定了所镀制的光学薄膜的厚度精度。针对光电极值法极值点附近监控精度低、无法精确监控非规整膜系的缺陷, 提出了新的光学薄膜膜厚监控算法。该算法通过数学运算, 使得光学薄膜的光学厚度与透射率呈线性关系, 并且有效地消除光源波动、传输噪声等共模干扰的影响, 算法精度可控制在2%以内。

研究了确定单层MgF2薄膜的物理厚度及其在深紫外/真空紫外波段折射率的方法。首先, 利用钼舟热蒸发工艺在B270基底上制备了单层MgF2薄膜。然后, 依据MgF2单层膜在不同入射角下的反射光谱, 采用模拟退火方法确定了MgF2薄膜在170~260 nm波段的折射率和物理厚度, 并与由椭圆偏振法确定的薄膜参数进行了比较。实验显示, 采用模拟退火和椭圆偏振两种方法确定的MgF2薄膜厚度分别为248.5 nm和249.5 nm, 偏差为0.4%; 而用上述两种方法在240~260 nm波段确定的单层MgF2薄膜的折射率偏差均小于0.003。得到的结果证实了依据不同入射角下的反射光谱, 用模拟退火方法确定MgF2薄膜厚度和折射率的可靠性。

基于评价函数的宽光谱膜厚监控系统，由于实测光谱曲线和理论光谱曲线相背离，使得评价函数发散，监控失败。利用实测的膜层透射率光谱曲线，对于已镀层，利用模拟退火算法实时拟合其实际的光学常数，据此修正目标透射率曲线，并补偿吸收的影响，重新设计膜层数及预镀层厚度，获得新的评价函数，如此对评价函数进行逐层修正。实验结果表明，薄膜厚度监控误差可以达到10-2以下，精度完全可以满足实际要求。

GaN紫外光电阴极是近年发展起来的一种高性能真空紫外探测器件, 其中透射式结构作为光电阴极实际应用的工作模式, 其多层结构参数及光学特性对阴极的最终光电发射性能有着重要的影响。 测试了透射式GaN阴极材料的紫外透射光谱, 通过建立透射式GaN阴极样品的透射模型, 得到了GaN阴极样品的薄膜厚度、 光学吸收系数与透射谱之间的函数关系。 计算得到的GaN外延材料的厚度与实际值误差小, 吸收系数与已发表数据一致, 表明紫外透射光谱法能够准确地实现透射式GaN阴极材料结构及光学特性的评估。

在宽光谱膜厚监控系统中，利用光栅光谱仪分光，线阵CCD接收，完成光谱的一次性快速扫描来控制膜层厚度，达到实时监控的要求。而系统光谱扫描的准确性，直接影响膜厚实时监控的有效性。为了得到准确的光谱信息，首先确定CCD像素和光波波长的对应关系，基于特征谱线的离散关系，采用最小二乘拟合法建立了光谱标定函数，经实验，标定波长均方根误差为0.037 nm; 对于CCD实时输出的光谱监控信号，利用小波阈值优化算法抑制信号中的随机噪声，保留了光谱信号的细节成分，峰值误差的最大值为1.0%，峰位误差的最大值为0.3%，满足了监控中光谱分辨率的要求。

干涉图的处理是光干涉计量中的关键技术。采用泰曼-格林型干涉系统，建立被测物与干涉相位之间的数学模型，通过MATLAB软件，实现对被测参数的自动化测量。基于二维快速傅里叶方法的基本原理，提出一种新的相位解包算法——菱形种子算法，通过识别1个种子点，然后依次向相邻4点扩展，再把这4个点作为第二批种子点，依次向各自的4点邻域扩展，以菱形轨迹遍历所有的有效信息点，以到达整幅图像相位解包的目的。采用该算法测量薄膜样片的厚度，测试结果与ZYGO测试结果比较，PV误差为0.0364λ，RMS最大误差为0.003λ，证明该算法虽然处理的是单幅干涉图，但可以得到高精度的相位分布。

为解决薄膜厚度的高精度测量问题，提出一种基于相位偏移干涉术的薄膜厚度测量新方法，利用该方法对一个实际SiO2薄膜样片进行测试，通过对所获取的干涉图进行相位解包及数据分析处理，实现对薄膜样片厚度的精确测试。结果表明：该方法具有非接触和测量精度高等优点，所测薄膜厚度的峰谷值为0.162μm，均方根值为0.043μm，为薄膜工艺的进一步研究提供了检测方法上的技术保障。