将介质表面的小尺度粗糙度等效为覆盖在理想光滑表面上的多层等厚折射率渐变的薄膜, 并通过特征矩阵计算多层等效膜模型的P光反射率与入射角的关系.将吸收介质的折射率虚部带入菲涅尔公式进行计算.运用COMSOL Mutiphysics软件对表面粗糙度和介质吸收进行建模和仿真计算.计算结果表明, 小尺度表面粗糙度与介质吸收都会导致折射率测量产生误差.分别考虑以布儒斯特角和全反角作为折射率测量的手段, 为了得到优于10－5的测量准确度, 测量表面粗糙介质的折射率时, 采用全反角进行判定; 测量具有吸收效应的介质折射率时, 采用布儒斯特角进行判定.

基于表面粗糙度的空间周期与光波波长的相对关系，引入大、小尺度粗糙度概念，建立考虑粗糙度时多层膜正入射光谱特性系数的近似计算模型。以紫外波段的单层膜和多层膜为例进行光谱特性仿真计算，对仿真结果进行横向对比，结果表明，无论是对单层膜还是多层膜，该近似计算模型结果正确，计算精度高，具有较好的适用性。

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。

为研究光反馈腔衰荡光谱技术中纹波效应的产生机理,基于所建立的腔长为49.1 cm的V型微晶玻璃衰荡腔在不同环境、不同光谱范围所测得的腔损耗谱,利用数据处理方法详细分析并讨论纹波效应的周期和振幅等典型特征.分析认为,纹波效应呈现出明显的部分干涉特点,光谱纹波的周期和振幅特性分别受折叠腔结构和折叠腔镜表面污染状态影响,而与光谱扫描区域关系不明显;这表明纹波效应主要来源于折叠腔镜表面散射场的部分干涉效应.

为了解决环形激光器小型化中信号信噪比随腔长减小而下降的问题,设计了一种能压制He-Ne气体放电辉光而不影响激光光强的窄带滤光片.基于OpenFilters软件独有的“step”自动膜系设计方法,以初始膜层厚度为线索,设计了符合光谱特性实际应用要求的多个非规整膜系结构.考虑膜层数、膜层厚度及应力等因素,选出便于石英晶振监控的窄带滤光片.在45°的入射角下,该滤光片对s偏振光在632.8nm处的峰值透射率为99.9%,通带半峰值全宽为5.2nm,截止带平均透射率为1.35%.结果表明,该滤光片可有效压制He-Ne气体的放电辉光,提高小型环形激光器的信噪比.

在光反馈式腔衰荡光谱技术中，光谱数据的处理因一种特殊的光谱纹波现象而变得困难。以6 590.8~6 591.6 cm-1光谱范围内水汽分子的光反馈式腔衰荡光谱为基础，根据光谱纹波效应的特性分析结果，提出了一种简单的数据处理方法。利用该方法确定了6 590.871 cm-1处水汽分子吸收谱线的线宽约为0.100 3 cm-1，这与Hitran数据库提供的线宽结果仅有0.002 cm-1的误差，充分验证了该方法的有效性。

为解决小型环形激光器输出信号信噪比随腔长减小而下降的问题, 研制了一种压制He-Ne气体放电辉光的滤光片。该滤光片的中心波长为632.8 nm, 入射角为45°, 其基片是截止波长为550 nm的短波截止红色玻璃, 基片前表面镀有19层瞙系结构为{HL2HLHLHLH2LHLHLHLH2LH}的窄带滤光片, 后表面镀有4层非规整减反膜。使用离子溅射法和石英晶振膜厚监控方式制备了该滤光片, 并对其进行了反向工程拟合, 拟合的理论曲线与用Lambda950分光光度计正入射实测的透过率曲线较为吻合。将该滤光片胶合在环形激光器的输出镜后表面, 其有用的激光信号幅值基本不变, 而噪声幅值下降了约80%, 表明该滤光片从光学上使输出信号的信噪比提高了5倍, 降低了后续电路处理的负担及复杂度, 为小型环形激光器的研制起到了一定的作用。

基于膜系误差灵敏度主动控制的稳健设计思想，对比研究了一种新型正交偏振双频激光器中高性能偏振分光膜(PBS)不同应用方案的误差响应特性。发现了决定其膜层参数误差灵敏度的本质因素，找到了一种低误差灵敏度的高性能激光PBS方案，其膜系结构简单，易于低成本高成品率的批量生产，对该双频激光器的研制、工程化及应用将起到积极作用。

提出了一种基于膜系误差灵敏度控制的鲁棒膜系设计方法，建立了鲁棒膜系设计评价函数在膜层参数误差统计分布下的解析表达式，避免统计样本数目有限性造成的样本均值与总体期望的误差，以及过大数目样本造成的长的计算时间消耗，并通过宽带增透膜、中性分光膜和线性透射率滤光片等多种薄膜的鲁棒设计实验证实了其在膜层参数误差控制上的效果。结果表明：该新型鲁棒膜系设计方法具有内在的快速算法特性，其设计膜系对镀膜中的膜厚监控误差不敏感，对于高质量薄膜的重复制备和批量成品率的提高具有实用价值。