根据不同的膜系设计要求，光变薄膜是通过在光学玻璃或光学器件的表面依次沉积多种不同折射率的材料而形成的。由于光变薄膜中各介质层的膜厚满足光干涉条件，在光源照射下会产生干涉效应，所以薄膜的颜色会随着观察者视角的变化而改变。这种随角异色的效应是无法被日常所见的彩色复印机或者高精度扫描仪等复印设备所复制或拷贝，而且光变薄膜颜色鲜艳，色彩变化明显，因此其被大规模地用于货币、支票、证件等产品的印刷防伪以及各种高档产品的包装等。传统光变薄膜通常是采用五层对称结构，涉及到三种不同的薄膜材料，基于单一硅材料构建光学薄膜的方法是在薄膜的制备过程中只使用单一薄膜材料，通过精确控制真空室中工作气体的含量来改变材料折射率。用这种方法镀制多层膜成膜机制清楚，镀膜过程比较容易控制，镀膜重复性高。另外，使用硅作为薄膜材料，摒弃了传统常使用的镍、铬等重金属材料，使膜系在制备上更环保，也更节省成本。　　正是基于使用单一硅材料构建光学薄膜的种种突出优点，本课题提出基于使用单一硅材料进行光变薄膜的特性研究。其主要内容是通过理论上分析验证基于单一硅材料构建光变薄膜的可行性，并结合光变薄膜颜色设计理论进行了不同类型光变薄膜结构设计，采用等离子体溅射沉积系统基于单一硅靶材溅射进行了实验制备和测试。本论文的研究工作主要有:　　(1)从理论上研究了基于干涉效应的光学薄膜颜色理论，并采用解析法对三种类型光变颜色薄膜结构进行了设计，分别为全介质反射膜结构、由非对称硅材料和介质层构建反射膜结构以及由硅和对称F-P介质膜系构建的反射膜结构，并详细分析了不同结构膜层周期及膜层厚度对光变薄膜颜色特性的变化规律，以此来确定满足颜色要求的最优化光变薄膜结构，为后续的薄膜样品的实验制备提供可靠的理论数据。　　(2)采用等离子体溅射沉积系统，仅使用单一的高纯硅靶材，通过精确控制实验中氧气分量，实现由硅靶材反应溅射生成SiO2单层薄膜，实验验证光变结构采用由非对称Si和介质层SiO2构建的反射膜结构。研究了不同的背景真空、氧气分压、等离子溅射束流、溅射偏压对薄膜光学常数的影响，确定了最佳的单层薄膜制备工艺，采用时间监控膜厚法，通过对沉积误差的修正补偿，最终制备出接近于理论设计的Si-SiO2光变反射膜。首次实现了采用单一硅材料进行光变薄膜的设计与制备。所制备的薄膜样品具有较强的金属光泽，在0度观察时，反射色为黄绿色;在45度观察时，反射色为蓝色，颜色的变化规律与理论设计一致。