增透膜能够减少光的反射,增加光的透射,广泛用于各种光学系统中。增透膜的应用不仅能够增强光的利用效率,而且还能够提高光学系统的光学质量。透过率是增透膜最重要的性能指标,透过率包括峰值透过率和透过率带宽两个方面。目前已能够制备峰值透过率接近100.0%的增透膜,但是增透膜的增透带宽还需要提高,即宽带增透膜。影响膜层透过率的关键因素是膜层的折射率和膜层厚度。主要设计和制备宽带增透膜,试图通过对膜层结构与性能的表征,研究膜层结构与光学性能之间的关系。本论文主要研究了三种增透膜,分别为单层增透膜,多层增透膜和折射率渐变增透膜。采用TFCacl光学膜层软件设计了单层增透膜的透过率曲线,考察了膜层折射率和厚度对膜层透过率的影响。膜层折射率不是越小越好,也不是越大越好。膜层折射率与基片折射率匹配时才最好。在折射率为1.44的光学基片上,膜层的折射率为1.20时透过率最好。此时,膜层的峰值透过率可达到100%,透过率的带宽也较宽。当膜层折射率偏离1.20时,膜层峰值透过率降低,透过率带宽也相应减小。因此,要实现单层宽带增透,膜层的折射率应与基片完全匹配,尽量提高膜层的峰值透过率。当膜层折射率与基片匹配时,膜层厚度对膜层峰值透过率没有影响,但对膜层峰值透过率的位置和增透带宽有影响。采用溶胶-凝胶技术在熔石英基片上制备了单层增透膜,研究了膜层厚度对膜层透过率的影响。实验结果与理论模拟一致。研究了提拉镀膜工艺对膜层厚度,折射率和透过率的影响。镀膜工艺中的提拉速度主要影响膜层的厚度,对折射率影响较小,因此,提拉速度对峰值透过率影响较小,主要影响峰值透过率的位置和增透带宽。采用多种技术手段研究了膜层的微观结构。膜层由二氧化硅纳米粒子堆积成,膜层中存在大量的孔隙,因而折射率较低。多孔膜容易吸附环境中的污染物而透过率下降,环境稳定性差。为了提高膜层的稳定性,制备了氟硅烷改性的二氧化硅薄膜。氟硅烷改性薄膜的制备方法为在溶胶制备过程中加入氟硅烷,使氟硅烷原位嫁接到膜层表面。实验结果表明,氟硅烷改性的二氧化硅薄膜具有较好的抗油污染效果。在多层膜的研究中,研究了双层增透膜和三层增透膜。多层增透膜的透过率主要由膜层折射率和厚度决定。通过调节多层增透膜中各层的折射率和厚度,可以调节膜层的透过率。理论设计上,双层增透膜由内层膜和外层膜构成,内层膜的折射率和厚度分别为1.26和98.2nm,外层膜的折射率和厚度分别为1.14和106.4nm。双层增透膜具有宽带增透的特点,在300nm至1100nm波段范围内透过率均高于98.0%；膜层在351nm和800nm处的峰值透过率可达99.8%以上。三层增透膜由内层,中层和外层堆积而成,内层膜的折射率和厚度分别为1.30和106nm,中层膜的折射率和厚度分别为1.20和115nm,外层膜的折射率和厚度分别为1.10和125nm。三层增透膜宽带增透的效果较双层膜好。三层膜在351nm至1100nm波段范围内的透过率均高于99.5%。三层增透膜在351nm,527nm和1053nm处的透过率均高于99.8%。但在实际的制备过程中,并不能制备出与理论设计完全一致的多层膜。这主要是因为膜层的层数越多,制备工艺越复杂,制备出来的膜层与设计的膜层参数差异较大。这也说明溶胶-凝胶技术在多层膜的制备上具有一定的挑战性。双层增透膜的实验透过率与理论设计的透过率基本一致,仅略有差别。三层增透膜的实验透过率与理论设计的透过率相差更大。虽然三层增透膜的实验数据与理论数据的整体趋势一致,但是两条曲线已经不能重合。三层增透膜在351nm处的峰值透过率仅为98.9%,远低于理论设计的100.0%,也低于双层增透膜的99.8%。这说明膜层越厚,膜层中的纳米粒子越多,对光的散射越大,膜层的透过率也相应的越低。多层增透膜同单层增透膜一样,疏松多孔,能够吸附环境中的污染物而透过率下降,环境稳定性差。为了提高膜层的环境稳定性,对双层增透膜采用联合蒸汽处理的方法进行处理。处理后膜层的环境稳定性显著提高。但是膜层在环境中依然有透过率下降的现象。这说明多孔膜本质上吸附性强,只能降低多孔膜的吸附性,而不能消除多孔膜的吸附性。采用折射率渐变控制技术制备了折射率渐变二氧化硅光学薄膜。折射率渐变膜层的制备方法为：在溶胶一凝胶二氧化硅膜层中引入热敏高分子,热敏高分子作为造孔剂,在热处理后分解,能够在膜层中留下大量微孔。微孔是刻蚀剂与膜层作用的活性点,然后采用定向蚀刻技术对膜层的微孔孔结构进行修饰,使得膜层孔隙率在厚度上连续可控而实现膜层折射率连续渐变。理论设计表面,折射率渐变膜层在300至1100nm范围内的透过率均大于99.5%。但实验制备的膜层在400nm至1100nm范围内透过率仅大于98.5%,在400nm处的峰值透过率达到99.7%,在900nm处的峰值透过率达到99.8%。实验制备膜层的透过率与理论设计的透过率仍然存在一定的差距。这种差距可能是由于膜层是多孔膜,折射率没有完全与理论设计的一致,且膜层为多孔膜,存在光的散射。而理论设计的膜是理想的光学薄膜,折射率按照函数关系变化,没有光的吸收和散射等。系统的研究了刻蚀工艺各参数对膜层透过率的影响。通过调节膜层厚度,刻蚀时间等参数能够实现膜层透过率的调节。热敏高分子造孔剂对膜层透过率的影响很大,在没有添加造孔剂的情况下,膜层不能实现宽带增透的效果。采用多种技术手段表征了各个工艺阶段膜层的微观形貌和光学性能。热处理后,造孔剂的分解能够在膜层中留下少量的孔,但是这种孔不足以造成膜层折射率和透过率的显著变化。膜层微观结构的变化主要发生在蚀刻阶段。由于蚀刻在厚度上的选择性,蚀刻后膜层的孔隙率在厚度方向上发生分布,使得膜层在折射率也发生分布,形成宽带增透的效果。通过多种膜层的设计、制备和性能表征表明,膜层的透过率主要由膜层的折射率和厚度决定,而膜层的折射率和厚度受膜层微观结构的影响。控制膜层微观结构是控制膜层光学性能的关键。