Mo/Si多层膜是13.5 nm极紫外波段理想的反射镜膜系，它与极紫外光源的结合使得极紫外光刻成为了目前最先进的制造手段之一。极紫外光源的实际应用对Mo/Si多层膜提出了高反射率、高热稳定性、抗辐照损伤、大口径等诸多要求。针对极紫外光源用Mo/Si多层膜面临的膜厚梯度控制和高温环境问题，利用掩模板辅助法对大口径曲面基底上不同位置处的多层膜膜厚进行修正；选择C作为扩散阻隔层材料，对磁控溅射法制备的Mo/Si、Mo/Si/C和Mo/C/Si/C三种多层膜在300 ℃高温应用环境下的热稳定性展开了研究。研究结果表明：通过掩模板辅助的方式能够将300 mm口径曲面基底上不同位置处的Mo/Si多层膜膜厚控制在预期厚度的±0.45%以内，基底上不同位置处Mo/Si多层膜的膜层结构和表面粗糙度基本相同；引入C扩散阻隔层后，经过300 ℃退火，Mo/Si多层膜的反射率损失从9.0%减少为1.8%，说明C的引入能够有效减少高温对多层膜微结构的破坏和对光学性能的影响，提高了多层膜的热稳定性。

光学薄膜广泛应用于光学仪器和测控技术中，充斥着我们生活的方方面面，使我们的生活更加丰富多彩。不同于常规的光学薄膜应用场景，本综述重点介绍如何将光学薄膜与光学显微成像结合起来。研究方案主要是：基于负载表面等离子体波的贵金属薄膜、具有光子带隙结构的介质多层薄膜，研制出应用于无标记显微探测的平面薄膜光子元件。得益于其平面结构特性与成熟的制作工艺，该类薄膜光子元件可兼容常规明场、宽场显微成像系统，可以作为被测样品的衬底或成像系统的插件。借助于薄膜与光波的近-远场相互作用特性，该器件可以调控系统的照明光场，如实现暗场照明、全内反射照明、边缘增强照明等。通过照明方式的改变，提升成像的对比度、探测灵敏度，进而发展出多模式、高灵敏度、高对比度、无标记光学显微成像与传感系统。为充分发挥该系统结构简单、宽场、高灵敏度、无标记成像的特点，将其应用于环境光子学领域，实现了真实大气环境中单个超细颗粒物吸湿增长过程的原位、实时、无损表征，有望为大气雾霾溯源与追因研究提供有力的科学支撑和技术工具。

受限于初始构型和光学加工能力，现有X射线成像诊断设备的最优空间分辨率被限制在3~5 μm。提出一种基于开放式Wolter构型的亚微米分辨率X射线显微镜。详细介绍了显微镜的光学结构、设计方法和关键参数。提出一种适用于Rayleigh-Taylor不稳定性诊断的大视场、高分辨率X射线显微镜的光学设计方案。开展了基于光线追迹的构型验证、像质仿真和系统响应效率评价。显微镜设计工作能点为2.5 keV，有效视场为±0.35 mm，在全视场范围内空间分辨率优于1 μm，几何集光立体角为3.73×10^-5 sr，峰值响应效率为1.52×10^-5 sr。

周期性亚波长孔阵列的异常透射性质在亚波长光电器件设计中具有重要意义。两层或更多膜层上周期孔阵列结构, 由于层之间电磁场的相互作用可以导致新的光学性质。利用时域有限差分方法理论研究了带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性。结果表明: 该结构在近红外波段的透射谱存在多个透射峰, 并且透射峰的数量、位置和强度可以通过改变结构的几何参数和介质膜的材料进行调控。详细分析了介质膜的厚度和折射率、孔阵列的周期、矩形孔的边长等因素对多层膜矩形孔阵列透射谱的影响, 为利用多个表面等离子共振设计多波长控制器件提供了一定的参考。

为了研究硅量子点薄膜在太阳电池中的应用, 本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术, 低温制备了镶嵌有纳米晶硅(nc-Si)的纳米硅氧多层(nc-SiOx/a-SiOx)薄膜样品。TEM图显示, 通过调整nc-SiOx层的厚度, 实现了薄膜多层结构的低温调控。利用拉曼散射光谱(Raman)、紫外可见透射光谱以及稳/瞬态光致发光(PL)谱等检测手段对薄膜的微观结构、能带特征以及发光特性进行了分析。光吸收谱分析表明, nc-Si粒子尺寸及其a-SiOx边界层共同影响薄膜的光学带隙。稳/瞬态PL谱分析表明, 多层结构发光表现为一个固定于1.19 eV附近的发光峰和一个随nc-SiOx层厚度增加而发生红移的发光峰, 其中固定发光峰归因于非晶SiOx网络中缺陷发光, 发光衰减寿命约在4.6 μs, 峰位可调的发光峰为nc-Si量子限制效应-缺陷态复合发光, 对应两个发光衰减过程, 其中慢发光衰减寿命随nc-SiOx层厚度增加由9.9 μs增加到16.5 μs, 快发光衰减过程基本保持不变。低温PL谱的温度依赖特性进一步表明, 薄膜样品的发光主要表现为nc-Si的量子限制效应发光。

设计了一种基于U型结构的单模光纤表面等离子体共振折射率传感器, 采用在移除部分包层并弯曲成U型固定后的单模光纤表面镀金纳米层和TiO2调制层的方式, 实现表面等离子体共振的激发.利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics, 研究了不同弯曲半径和TiO2调制层厚度对传感性能的影响.通过对四种弯曲半径(R=0.3 cm,0.5 cm,0.8 cm,1 cm)的分析, 结果表明随着弯曲半径增大, 表面等离子体共振信号强度增大且峰值波长有微小的蓝移.在弯曲半径为0.5 cm的条件下, 研究了TiO2调制层厚度从0变化到40 nm对传感器性能的影响, 结果表明随着TiO2调制层厚度增大, 表面等离子体共振峰峰值波长红移且对外界折射率变化的灵敏度显著增大.在弯曲半径为0.5 cm, TiO2调制层厚度为40 nm的条件下, 传感器在低折射率区(nd=1.333)灵敏度达到了5 959 nm/RIU, 高折射率区(nd=1.383)灵敏度达到了11 092 nm/RIU.与没有调制层的结果相比, 灵敏度提高了一倍左右.

为满足多层涂层目标的偏振探测需求, 基于一阶矢量扰动理论, 结合偏振传输矩阵, 建立微粗糙基底上多层涂层的光散射偏振双向反射分布函数模型, 研究多因素影响下两种典型涂层目标, 单层减反射涂层和多层高反射涂层的光散射偏振特性, 结果表明单层减反射涂层目标的偏振度受观测位置影响, 峰值左侧的偏振度较之裸基底增大, 右侧反之, 探测不同观测角下的偏振度可区分无涂层和涂层目标。 不同观测角和入射波长下, 多层高反射涂层目标的偏振度与涂层层数和涂层光学厚度显著相关, 层数增加, 多层涂层在镜反射附近具有去偏作用。 仿真结果符合测量数据, 验证了多涂层目标散射偏振模型的正确性与合理性, 为实现多涂层目标偏振探测和反射隐身技术提供理论依据。

为了减少太阳能电池表面反射, 提高多结太阳能电池效率, 针对GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池和AM0光谱, 设计了折射率梯度排列的四层减反膜系结构.利用溶胶-凝胶技术, 通过对材料折射率的定向调节, 制备了折射率梯度排列的TiO2/ZrO2/酸性SiO2/碱性SiO2四层减反膜.实验结果表明, 镀膜后的三结太阳能电池在300~1 700 nm波长范围内的加权平均反射率由原先的28.58%降低至4.86%, 最高反射率由46.35%降低至15.45%.

针对极紫外光刻照明系统中一块小尺寸反射镜大入射角带宽的需求，采用Si层有效厚度与公转速度关系式和多层膜周期厚度与公转速度关系式，完成了宽带Mo/Si多层膜设计膜系的制备工作。在磁控溅射镀膜机上制备了一系列不同周期厚度和G 值(Mo层厚度与多层膜周期厚度的比值)的Mo/Si多层膜规整膜系，并利用掠入射X 射线反射谱表征，分别得到多层膜周期厚度、Mo层有效厚度和Si层有效厚度与公转速度的关系式以及多层膜界面粗糙度。采用Levenberg-Marquardt 算法完成了宽带膜系设计，设计结果为在16.8°~24.8°范围内R=42%±1%。根据Mo/Si 多层膜周期厚度和Si 层有效厚度与公转速度的对应关系制备所设计的膜系，并对其极紫外波段反射率进行测量，实验结果为在16.8°~24.8°范围内R=41.2%~43.0%，实验结果与设计结果吻合得很好，进一步的制备误差反演分析表明实验结果与设计结果之间的细微偏差主要来自Mo/Si多层膜G 值及界面粗糙度标定过程中的系统误差。

室温下，采用射频磁控溅射AZO粉末靶和Ag靶在玻璃基底上制备Ag层厚度分别为12 nm和15 nm两组对称结构掺铝氧化锌/银/掺铝氧化锌（AZO/Ag/AZO）透明导电薄膜，研究了Ag层和AZO层厚度对薄膜光电性能的影响。结果表明：3层薄膜的可见光区平均透光率达到了80%，550 nm处的最高透过率达到了88%，方块电阻小于5 Ω/□。Ag层厚度是影响AZO/Ag/AZO薄膜光电性能的主要因素，AZO层的厚度对薄膜光学性能影响较大。