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原子层沉积（ALD）的技术对薄膜的成份和厚度具有出色的控制能力,与传统光学薄膜制备技术相比所制备的薄膜保形性好、纯度高且均匀。原子尺度上的ALD过程仿真对深入了解原子层沉积机理,改进和优化薄膜生长工艺,提高薄膜质量,改善光学薄膜性质具有重要意义。在深入了解ALD的工艺特点及工艺过程后,针对ALD沉积Al2O3薄膜,构建仿真二维单元模型。通过分析不同沉积阶段的反应过程和机理,采用动力学蒙特卡罗方法（KMC）对Al2O3薄膜的ALD沉积过程进行模拟,建立了前驱体到达、表面化学反应、解吸三种不同的事件模型。改变工艺条件进行多组仿真实验,结果表明ALD制备薄膜受基片温度、反应室真空度和基片处理工艺等多种因素的影响。其中基片温度对初始沉积时间和生长速率的影响最为显著。在温度窗口内,基片温度越低,薄膜生长越缓慢,初始沉积时间越长,表面粗糙度增加;随着基片温度的升高,初始沉积过程时间越短,温度越高,生长速率越高,表面粗糙度也越小。同时对基片采用预处理工艺也可以提高薄膜沉积速率,改善膜层质量。根据仿真结果,研究了原子层沉积制备氧化铝、氧化钽、氧化钛和氧化锆薄膜的光学性能,比较各种工艺条件下成膜质量。采用分光光度计,X射线光电子能谱（XPS）,X射线衍射（XRD）,原子力显微镜（AFM）,扫描电子显微镜（SEM）等分析手段对薄膜的微结构、表面形貌和光学特性进行了研究。结果表明,在适当工艺条件下原子层沉积法制备的Al2O3、Ta2O5和ZrO2薄膜在退火前后均呈现无定形结构,元素成分接近化学计量比,其表面粗糙度小,膜层致密无针孔,聚集密度高,光学非均匀性优于其他制备方法。同时利用ALD制备卓越的厚度控制能力改进工艺,在TiO2薄膜中插入Al2O3纳米层来破坏结晶,可以获得无定形且残余应力小的TiO2光学薄膜,满足光学薄膜的应用。