实际应用中的薄膜或多或少存在体折射率不均匀缺陷, 其准确表征对于镀膜工艺参数调校、低损耗薄膜设计与制备分析等具有影响。从Schrder近似出发, 推导了体折射率弱不均匀薄膜的膜系特征矩阵, 通过特征矩阵法推广, 建立了体折射率弱不均匀多层膜光谱特性计算的近似模型。利用基于有效介质理论的多层均匀膜近似方法, 讨论了上述近似模型的有效性、计算精度和时间消耗特性。结果表明, 上述模型矩阵计算中引入体折射不均匀度这一参数, 为多层膜体折射率不均匀缺陷反演提供了一种有效的手段, 为基于宽带光谱测量数据拟合的膜层缺陷数值反演应用奠定了基础。

体折射率不均匀是一种常见的薄膜缺陷，其反演计算对于膜系的设计和制备都有重要影响。推导出体折射率不均匀薄膜的膜系特征矩阵，建立斜入射条件下的不均匀膜光谱特性计算的近似模型，探讨模型的计算精度和计算时间，并利用模型计算椭偏角验证模型的可行性。结果表明，斜入射条件下的不均匀薄膜模型为基于宽带光谱测量数据拟合的膜层缺陷数值反演应用提供了快速有效的方法。

由于激光烧蚀靶材产生的等离子体呈高斯分布,其中所包含粒子密度及性能的空间分布极不均匀,因此脉冲激光沉积法难以制备性能与膜厚均匀的大面积薄膜.提出并构建了衬底自转与一维变速平移机构,衬底匀速自转的同时,进行一维平移,越靠近等离子体中心平移速率越大、反之越小,达到均匀镀膜的目的;在此基础上建立了机构运动参数对膜厚影响的数学模型,通过仿真模拟分析关键参数对膜厚分布的影响;通过运动参数优化指导实验,最终获得了直径为200 mm、不均匀性不超过±4%的大面积类金刚石膜,与仿真优化结果吻合.

基于傅里叶变换合成法的基本原理, 合成了一个K9基底上的负滤光片, 合成的渐变折射率薄膜具有期望光学特性, 但实际制备难度很大, 因此将其细分为足够多层离散折射率的均匀薄膜, 由于实际薄膜材料种类有限, 不能获得任意折射率膜层, 鉴于两层高低折射率薄层可近似为一层中间折射率膜层的思想, 将膜系转化成一个可实际制备的膜系结构：膜系采用ZrO2和SiO2两种膜料, 膜层总数为183层, 经单纯形调法优化后, 膜层总厚度为7.09 μm, 通带和截止带内平均透射比分别为97.56%和3.13%, 其结果优于直接采用傅里叶方法合成的非均匀膜系, 与期望透射比曲线吻合更好。说明通过这种思想设计任意光谱特性的膜系是可行的, 也使傅里叶变换合成法设计的薄膜实际制备成为可能。

提出了一种新的激光扫描制备大面积均匀薄膜的方法: 采用光学变换让脉冲激光按设定的像月球绕太阳运动一样的轨迹旋转,复合剥离靶材制备薄膜。提出了淀积膜厚分布的理论模型, 计算了有关参量对膜厚分布的影响, 并与实验结果进行了比较分析。这对改善实验条件,获得最佳大面积均匀薄膜具有直接的指导意义。