为了探究二氧化钛(TiO2)薄膜表面粗糙度的影响因素,利用离子束辅助沉积电子束热蒸发技术对不同基底粗糙度以及相同基底粗糙度的K9玻璃完成二氧化钛(TiO2)光学薄膜的沉积。采用TalySurf CCI非接触式表面轮廓仪分别对镀制前基底表面粗糙度和镀制后薄膜表面粗糙度进行测量。实验表明,TiO2薄膜表面粗糙度随着基底表面的增大而增大,但始终小于基底表面粗糙度,说明TiO2薄膜具有平滑基地表面粗糙的作用；随着沉积速率的增大,薄膜表面粗糙度先降低后趋于平缓；对于粗糙度为2 nm的基底,离子束能量大小的改变影响不大,薄膜表面粗糙度均在1.5 nm左右；随着膜层厚度的增大,薄膜表面粗糙度先下降后升高。

采用光刻技术、刻蚀技术和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术，在线阵掩模微结构表面沉积了SiO2和Si3N4薄膜，研究了线阵掩模的宽度和厚度,以及薄膜的厚度和沉积速率对SiO2和Si3N4薄膜复形性的影响，制备得到了具有良好微结构形貌的微结构滤光片阵列。结果表明，薄膜沉积速率越大，薄膜的复形性越好；掩模厚度和薄膜沉积厚度的增加会导致薄膜的复形性变差；SiO2薄膜的复形性优于Si3N4薄膜的。

为了提升微结构窄带滤光片的光谱透过率, 增大微结构单元的制备精度, 提出一种新的膜系镀制方法和微结构单元的制备方法。基于法布里-珀罗(F-P)多光束干涉仪原理设计了3种不同中心波长的窄带滤光片, 采用光化学掩模分离法和PECVD技术相结合, 制备出3种中心波长分别为480 nm、 520 nm和 590 nm, 峰值透过率均大于80%, 半宽度30 nm～50 nm, 微结构单元的通道面积为50 μm×50 μm的窄带滤光片。光谱透过率得到了提升的同时微结构单元边缘整齐、分界线清晰, 精度也得到了有效地增加, 达到μm量级。

为了降低光学薄膜的表面散射损耗，依据微粗糙面的一阶微扰理论，在不考虑多重散射效应的情况下，利用电磁场边界条件给出的光学薄膜任一界面粗糙度引起的散射场在入射介质中的表达式，重点讨论了单层光学薄膜实现零散射的条件以及实现减散射的条件，理论研究结果表明：当膜层的光学厚度为λ/4的偶数倍时，单层薄膜要实现减散射就必须使单层膜的折射率大于基底的折射率，且空气-薄膜界面的微粗糙度必须小于薄膜-基底界面之间的微粗糙度。当膜层的光学厚度为λ/4的奇数倍时，单层薄膜的折射率小于基底的折射率，且膜层两个界面的粗糙度必须满足特定条件，才能实现减散射的效果。

为了用散射法研究单层薄膜表面粗糙度的变化规律，以光学薄膜矢量光散射理论为基础，分析了单层二氧化钛薄膜分别在完全相关和完全非相关模型下的偏振双向反射分布函数，以及P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp随散射方位角的变化关系。理论研究结果表明：随着散射方位角的变化，P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp强烈依赖于膜层界面粗糙度的相关特性。在完全相关模型下，随着入射角的增加，BRDFpp随着散射方位角变化时所出现的谷值会随着入射角的增加而减小。

从理论上分析了玻璃微珠定向回归反射原理，利用近轴光线球面折射理论分析了玻璃微珠实现回归反射的折射率，并结合实际使用情况，在最大可能增加回归反射的基础上，讨论了入射光线到主光轴的距离与回归光线和入射光线夹角之间的关系，从而确定出了实现最大反射时玻璃微珠的折射率范围为1.80~1.95，研究结果对回归反射标志牌的开发具有重要的理论意义。

采用电子束热蒸发技术在不同工艺下制备了TiO2薄膜,利用椭偏仪和分光光度计研究了紫外光辐照后薄膜光学特性的变化。实验结果表明：不同工艺下制备的TiO2薄膜经相同条件的紫外光辐照后,其折射率均有所下降,折射率的变化量随着沉积速率上升、基底温度上升、工作真空度下降分别有增大的趋势。薄膜的透射率在紫外光辐照后有一定下降。相同工艺条件下制备的TiO2薄膜,其折射率随着辐照时间的增加,先迅速降低,随后又有所增加,但均低于辐照前薄膜的折射率。

采用电子束热蒸发技术在K9玻璃基底上以不同的沉积入射角沉积了单层TiO2薄膜，研究了不同入射沉积角沉积的TiO2薄膜的光学特性、填充密度和表面粗糙度，并比较了不同膜层厚度下薄膜表面粗糙度与入射沉积角之间的关系。研究结果表明，随着入射沉积角的增加，TiO2薄膜的透射率增加，透射峰值向短波移动，薄膜的填充密度从入射沉积角0°时的0.801 降低到入射沉积角为75°时的0.341；薄膜的表面粗糙度随着入射沉积角的增加而增加，当入射沉积角为75°时，薄膜的表面粗糙度略高于基底的表面粗糙度。在沉积入射角不变时，随着膜层厚度的增加，膜层的表面粗糙度降低。

硒化锌材料具有较宽的透光区,使其在红外区有着广泛的应用,然而其作为基底,镀制超宽带增透膜却有相当大的难度,尤其是膜层强度问题。设计出了硒化锌基底上2-16 μm的多层超宽带增透膜,并采用离子束辅助沉积工艺在硒化锌基底上进行了多次实验,并对所使用的氟化钇(YF3)和硒化锌膜料进行了分析,发现YF3在3400和1640 cm-1两个波数处的吸收峰。通过将低折射率层改为氟化钡和氟化钇的组合层后,在硒化锌基底上成功镀制出了多层宽带增透膜并采用脉冲电弧离子镀技术在多层薄膜的表面镀制了一定厚度的类金刚石(DLC)薄膜,增强了膜层的强度。最终使硒化锌基底上镀制的超宽带增透膜在2-16 μm范围内的平均透射比大于93%,峰值透射比大于97%,并且膜层的强度较好。

利用电子束热蒸发技术在两种不同粗糙度的K9玻璃和一批单晶硅基底上沉积了单层二氧化钛(TiO2)薄膜,并对这些样片进行了氧离子后处理。采用泰勒-霍普森相关相干表面轮廓粗糙度仪(Talysurf CCI)分别对基底以及样片处理前后的表面粗糙度进行了研究,并用椭偏仪对离子处理前后的TiO2薄膜的折射率进行了测量。实验结果表明,TiO2薄膜对于基底具有一定的平滑作用;当基底粗糙度较大时,随着轰击离子能量的增加样片的表面粗糙度先减小后增加;当氧离子的轰击时间增加时,薄膜表面粗糙度会明显降低,随着轰击离子束流密度的增加,薄膜表面的粗糙度减小的幅度会增加。