应用一套新的动力学蒙特卡洛方法模拟化学气相沉积生长Cu薄膜，铜原子随机生长在平方(100)同质晶格上。生长包括几个基本的过程： 沉积，表面扩散，原子吸附，原子对成核,岛状生长等。薄膜的生长质量被诸如表面熵的一些参数所描述，表面熵是类比信息熵在 通信领域的应用所提出的一个新的概念。 发现低温和较低的覆盖层数往往伴随着粗糙的膜的表面，直到达到临界温度后不再变化， 这些结论和实验的结果相一致。改变了传统的对薄膜粗糙度的定义，同时发现仅仅用粗糙度这个参数描述薄膜表面粗糙情况是不恰当的。 最后对比结果解释了提出表面熵这个新概念的合理性。

基于精英保留策略的遗传算法具有良好的全局寻优能力和很强的鲁棒性，基于Levenberg-Marquardt算法的非线性最小二乘法具有快速、高效的局部收敛能力。研究了将这两种算法结合起来求解多层膜光学常数和厚度的可行性和有效性。结果表明: 基于两种算法的组合反演算法综合了这两种算法的优点，能以较大的概率、较高的精度找到在实际约束条件下多层膜的光学常数和厚度，特别是在寻找全局最优解方面表现出色。根据全光谱透射拟合法基本原理，应用组合反演算法分别在考虑测量误差与不考虑测量误差两种情况下反演15层规整高反膜的光学常数和厚度，得到了较为精确的薄膜参数。模拟实验表明: 此组合反演算法可有效地求解多层膜反演问题，在反演多层膜光学常数和厚度方面具有实际的应用价值。

基于斜入射薄膜制备实践中镀膜误差对光谱性能的严重退化影响的认识，提出了一种基于灵敏度控制的主动膜系设计方法，深入分析了镀膜中膜层结构参数误差的分布规律，建立了膜系灵敏度的定量计算模型，并在大角度高精度消偏振增透膜的设计实验中验证了灵敏度控制思想在膜系设计中的可行性和有效性。结果表明，这一设计方法不会显著增加程序时间消耗，能获得具有良好可镀制性能的薄膜，可以避免昂贵的失败试镀和采样，缩短新薄膜的生产周期，对于高精度斜入射薄膜的重复性制备具有显著意义。

提出了一种基于多孔硅薄膜的光纤法布里珀罗(F-P)湿度传感器。多孔硅薄膜在一定相对湿度的环境下由于毛细冷凝作用，孔隙中的液态水的体积趋于动态平衡。液态水的平衡体积随着相对湿度的增加而增加，使得多孔硅薄膜有效折射率随之改变，从而导致反射光谱漂移。在理论研究的基础上，经实验验证了多孔硅薄膜用于湿度传感器的可行性。相对湿度从11%变化到97%时，波长漂移了9.6 nm。通过对实验结果的拟合，推算出不同相对湿度环境下，多孔硅薄膜的有效折射率值。同时从感湿机理出发讨论了不同相对湿度下的有效折射率变化，得出了与实验结果一致的红移结论。

采用乙烷气体辉光放电法在单晶Si衬底上制备了名义厚度分别为75,150和250 nm的类金刚石碳(DLC)薄膜,除沉积时间外其他工艺参数完全一致。使用可变入射角光谱型椭偏仪(VASE)测量了380-1700 nm波段的椭偏谱。该研究发现,对单一DLC样品的椭偏数据进行分析时,一定的范围内,假定不同的薄膜厚度均可以得到非常好的拟合结果。结果表明,采用单样品椭偏法拟合时,厚度与光学常数呈现出强烈的关联性,无法快速获得准确的结果。采用多样品椭偏法,对三个样品建立相同的物理模型,假定他们的光学常数相同,进行数据拟合。分析发现该方法可以快速、简便地获得精确的折射率、消光系数以及厚度值。经过检验,结果具有非常好的唯一性。

Kretschmann型激发表面等离子体共振(SPR)膜系结构是探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻技术(PSPRN)的关键部分之一。采用多层介质的特性矩阵法计算膜系结构的透射系数和反射率,对PSPRN所需的单膜层、双膜层及三膜层膜系结构进行了优化设计。计算结果表明,光波波长为514.5 nm时,对于选定材料的最佳膜系结构是Ag膜厚度为46 nm的单膜层结构,Ag膜厚度为24 nm,AgOx厚度为95 nm的双膜层结构及Ag膜厚度为44 nm,SiO2厚度为180 nm,AgOx厚度为10 nm的三膜层结构,提出了记录层材料应选择折射系数小且吸收系数尽可能小的光刻材料的观点。

在MgF2基片上,采用电子束蒸发镀膜法制备了掺锡氧化铟(ITO)导电基底,研究了充氧及退火对ITO薄膜电阻及紫外透射比的影响。并与传统的金属导电基底Au和Cr进行了性能比较。用光学显微镜、四探针测试仪、高阻计、X射线衍射仪(XRD)和分光光度计分别测试了薄膜的表面形貌、方块电阻、形态结构和190-800 nm波段范围内薄膜的透射比曲线,得到方块电阻为107 Ω左右时薄膜在200-400 nm波段内透射比的变化范围。实验结果表明,厚度相同时,充氧会增大ITO薄膜电阻;退火则会降低薄膜电阻并提高紫外透射比,薄膜结构由非晶态变为多晶态。方块电阻同为107 Ω时,在200-400 nm波段充氧退火后ITO薄膜的平均透射比比Au,Cr的高10%。

利用电子束真空蒸镀方法制作了Ge薄膜,用作感应读出方式光子计数成像系统的电荷感应层,研究了石英玻璃衬底和陶瓷衬底上Ge薄膜的结构特征、表面形态以及各种工艺参数对薄膜电阻的影响。X射线衍射(XRD)测试表明,两种衬底上沉积的Ge薄膜均为立方相非晶态。场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像表明石英玻璃衬底上的薄膜致密平整,陶瓷衬底上的薄膜比较粗糙,厚度较薄时,陶瓷晶界处薄膜不连续导致电阻较大。通过改变沉积速率、薄膜厚度及采用退火的方法可以控制薄膜电阻。对比了采用不同阻值电荷感应层时系统的性能,发现阻值对探测器的分辨率影响小,对计数率影响较大。

基于对光谱测量数据中系统误差和随机误差的不同特性分析, 提出了两种方法来分别减小其对薄膜光学参数反演测量精度的影响。方法一是利用薄膜光谱系数关于薄膜光学参数的一阶偏导数信息筛选数据点, 选取偏导数符号相反的波段或入射角区域作为最佳测量数据点采集区域, 以最小化系统误差引起的薄膜光学参数相对真实值的偏差大小。方法二是在实测光谱数据中注入独立同分布的随机噪声, 利用基于偏差函数最小化方法的混合优化算法多次进行反演计算, 将每次反演得到的薄膜光学参数估计值的统计均值作为薄膜真实光学参数的估计值, 以减小甚至消除随机误差引起的薄膜光学参数不确定度。这两种方法不仅在提高薄膜光学参数测量精度上具有明显的实用价值, 而且物理意义明确, 可操作性强, 不局限于特定波段和特定材料的薄膜光学参数测量, 具有良好的普适性, 可望在薄膜光学参数的准确测量技术中发挥重要作用。

采用射频磁控反应溅射技术, 在不同的Ar/O2流量比条件下制备了系列Er2O3薄膜样品。采用椭偏光谱和紫外-可见光透射光谱测试分析技术, 研究了Er2O3薄膜的折射率、消光系数、透射率和光学带隙等光学常数与制备工艺的关系。研究了不同条件下制备的Er2O3薄膜的介电常数和Ⅰ～Ⅴ特性。结果表明, Er2O3薄膜的折射率、禁带宽度和介电常数随Ar/O2流量比的增加而增加, 而消光系数基本不随Ar∶O2流量比的变化而变化。在Ar∶O2流量比为7∶1制备的Er2O3薄膜具有较好的物理性能, 在可见红外波段其折射率约1.81, 消光系数为3.7×10-6,禁带宽度5.73 eV,介电常数为10.5。