自测量技术及材料科技快速发展以来，光学薄膜广泛应用于多个领域，随着信息化社会的逐渐形成，光学薄膜技术日趋成熟，其应用于干涉型滤光片、增益平坦器以及色散补偿器等光学器件中，对于达到光纤通信网络带宽和容量的高要求起到了相当重要的作用。而薄膜光学研究也随之应运而生，所谓的薄膜光学研究，就是根据具体的目的，基于光的干涉原理，分析膜层在光的反射、透射后偏振状态及能量等方面的作用，从而对相关内容进行优化设计。

一般的光学薄膜设计是交错地镀上高折射率和低折射率的介质，不同的折射率差以及膜层数会导致薄膜对光的作用大相径庭。一种情况下反射特性显著，另一种情况则是透射特性更加显著。所以在设计的过程中需要对光学薄膜的相关特性进行分析。而光学薄膜最为直观的光学分析数据便是振幅反射系数或是透射系数。分析光学薄膜特性，最为传统的方法是递推法，将薄膜等效为一个界面，从简单的单层膜出发，逐步推导至多层膜。多层膜的递推法首先是从与基底相邻的薄膜开始计算，根据各层介质的折射率以及产生的相位差逐次迭代，得到相关的透射或是反射系数。而随着技术的进步，1952年L.I.Epstein提出了等效折射率的概念，提出了单层膜的特征矩阵，随后矩阵分析法逐渐成为了分析光学薄膜的主要方法。特征矩阵法通过矩阵来表征单层介质的光学性质，通过矩阵相乘来逐步推导多层膜的表达式，最终来分析光学薄膜的光学性质。但是，使用特征矩阵法却无法解决电磁波通过单个介质或是单个界面时相关问题的分析，为解决这个问题，近年来提出的传输矩阵法能够将其完善。

所以本次研究课题的目的和意义在于通过传输矩阵法来推导出多层膜的反射率，并通过分析其光学性质来设计一个适合光通信的系统，更加深入地了解各种光学薄膜的性质以及应用。

光学薄膜经过了一定的发展后，现已经逐步成为了较为成熟的专业应用领域，其大致地可分为两类，一类为传统光学薄膜，利用材料的反射、吸收、透射性质来作用于光，例如增透膜、偏振膜、分光膜等。另一类为新型光学薄膜，这些光学薄膜不仅仅能够适用在纯光学仪器，并且能够在光电领域中大放异彩，由于其本身的稳定性和突出的性能满足现代信息社会对于高性能高质量的追求，这一类新型光学薄膜技术得到了快速地进步，也为原有的传统光学薄膜领域注入了新的活力。例如类金刚石 (DLC) 薄膜,其具有高硬度、高电阻率等良好的光学性能，已成为美国国家21世纪战略资源。而另一新型光学薄膜——软X射线多层膜则被意大利和荷兰利用于探测X射线的卫星之中。另外，随着人类对太阳能的充分利用，适用于此的太阳能选择性吸收膜的研究也将得到进一步地发展。我国在此方面的技术离先进国家仍有一定的差距，但前景乐观，比如邵建达等人就对45°入射角的13.1nm软X射线多层膜进行了反射率实际测试。在光通信领域，近年来国内外都取得了相当大的成果，比如超窄带滤光片在光通信中成功地应用于制造密集型的波分复用器（DWDM)等。随着科学技术地不断攀升，光学薄膜所涉及的领域将会越来越广泛，或许将逐步突破原有的领域枷锁，成为一项复杂的交叉研究学科。

2. 研究的基本内容与方案

设计的基本内容和目标

本次设计拟采用传输矩阵法来推导光学薄膜反射率的计算公式。传输矩阵作为能够反映光在多层膜结构中传输的一维模型。通过单层膜的矩阵逐步推导出多层膜的矩阵，并得出光学薄膜的反射率计算公式。所以本次设计包含两部分内容，首先是采用传输矩阵法推导出光学薄膜的反射率公式并通过MATLAB来对常见的光学薄膜系统进行仿真。第二部分内容则是根据仿真结果，设计一种能够应用于光通信的光学薄膜系统。

技术方案及措施