光學薄膜按應用分為反射膜、增透膜、濾光膜、光學保護膜、偏振膜、分光膜和位相膜。常用的是前4種。光學反射膜用以增加鏡面反射率，常用來制造反光、折光和共振腔器件。光學增透膜沉積在光學元件表面，用以減少表面反射，增加光學系統透射，又稱減反射膜。光學濾光膜用來進行光譜或其他光性分割，其種類多，結構複雜。光學保護膜沉積在金屬或其他軟性易侵蝕材料或薄膜表面，用以增加其強度或穩定性，改進光學性質。最常見的是金屬鏡面的保護膜。
光學薄膜的特點是：表面光滑，膜層之間的界面呈幾何分割；膜層的折射率在界面上可以發生躍變，但在膜層内是連續的；可以是透明介質，也可以是吸收介質；可以是法向均勻的，也可以是法向不均勻的。實際應用的薄膜要比理想薄膜複雜得多。這是因為：制備時，薄膜的光學性質和物理性質偏離大塊材料，其表面和界面是粗糙的，從而導緻光束的漫散射；膜層之間的相互滲透形成擴散界面；由于膜層的生長、結構、應力等原因，形成了薄膜的各向異性；膜層具有複雜的時間效應。
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