渐变折射率薄膜的显著特点是沿膜层表面法线方向折射率连续变化，平行于膜面方向上折射率保持不变。这种膜系以其折射率渐变的特点，具备诸多常规均匀薄膜所无法实现的光学性能及力学特性。本文针对渐变折射率薄膜的主要应用膜系—渐变折射率减反膜和Rugate滤光片，对其设计方法和实验制备技术进行了系统研究。具体工作如下:　　 通过令薄膜对偏振光的有效折射率轮廓满足五次方形式的方法实现了倾斜入射条件下偏振光减反膜的设计。应用遗传算法优化渐变折射率轮廓，实现了自然光入射条件下宽角谱宽光谱渐变折射率减反膜的优化设计，并分析了离散情况下薄膜包含台阶数对减反效果的影响。利用倾斜入射沉积技术，制备了不同沉积角度和基片旋转速度下的SiO2薄膜，分析了其光学特性和微观结构的变化规律，实现了折射率仅为1.1的薄膜材料制备。采用单一SiO2膜料，利用倾斜沉积技术制备了双台阶减反膜样品。实验过程中，运用对称沉积的方法有效减小了此技术在制备薄膜时厚度的非均匀性问题。样品在光谱(400nm-800nm)和角谱(10°-50°)范围内平均反射率仅为0.88％，与设计结果吻合较好。　　 通过调制折射率轮廓正弦周期大小的方式，拓宽了Rugate滤光片的光谱反射带。分析了周期分布对光谱反射带的影响。通过在周期渐变结构两端增加等正弦周期Rugate切趾层的方法，实现了反射带陡度的提高和边带波纹的压缩。结合Rugate结构和减反膜实现了光谱通带具有高透射特性的滤光片设计。基于磁控溅射镀膜装置，提出了一种通过基片快速周期性地扫过两溅射靶材表面进而实现两种膜料混合的快速交替沉积技术。通过连续改变两靶的功率实现了混合薄膜中两种材料组分比的变化，进而实现了折射率在较大范围内连续稳定控制。分析了混合薄膜折射率和沉积速率随两靶功率的变化关系。并利用此技术制备了多种Rugate滤光片样品。制备的宽带Rugate滤光片样品的反射带半高宽达到了505nm。　　 分析了Rugate滤光片在空间滤波器中的应用。研究了Rugate结构对光谱及角谱选择性的影响。设计了角谱选择性带宽为毫弧度量级的空间滤波器。