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随着光学技术的飞速发展及光学薄膜应用领域的不断扩大，光学元件表面粗糙度及其引起的光散射越来越受到人们的普遍关注。测量光学元件的表面散射对研究光学元件的散射损耗和获取表面微观几何形状的信息具有重要意义。总积分散射(Total Integrated Scattering，简称TIS)法通过对散射场的统计来表征表面特性，它为非接触式的散射测量技术，不会损伤样品表面，具有仪器结构简单、易于测量、测量精度高、不易受环境因素影响等优点，可被广泛应用于光学加工尤其是高精度光学加工的质量控制中。另一方面，从上个世纪60年代开始，人们就提出了各种理论来描述光在粗糙表面的散射，但至今仍没有一种理论能适用于所有光学薄膜的表面散射范围，这主要由于被研究表面种类繁多，性质各异，很难找到统一的边界条件。因此，对散射模型的研究也是探索光学薄膜表面散射物理本质的主要途径之一。
本工作建立了一套总积分散射测量系统。整个系统主要由光学系统(光源、斩波器、衰减片、空间滤波器、光阑、聚光透镜和积分球)、样品位置调节机构和信号探测系统(光电倍增管和锁相放大器)三部分组成。本仪器具有良好的抗干扰能力和重复性，测量灵敏度可达10-4量级，相对稳定度为8.4×10-2，测量简便省时，通常一个样品片的测试时间在3分钟之内。与Zygo和WYKO光学轮廓仪、原子力显微镜以及Lambda900分光光度仪测量结果的对比均表明，该总积分散射测量系统是一种测量光学表面均方根(Root Mean Square，简称RMS)粗糙度和表面总积分散射的可靠仪器。
提出了一种新的分层界面散射模型。该模型认为，光学薄膜中两相邻膜层间的界面为折射率分布呈线性或指数分布的非均匀微薄过渡区，此过渡区可以用层数足够多的均匀子层来代替，其中每个均匀子层的折射率均为常量。利用矩阵法推导得到了具有粗糙界面的光学薄膜表面在不同波长下的总积分散射矩阵表达式。利用电子束蒸发方法制备的ZrO2薄膜对分层界面散射模型进行了实验验证，结果表明此模型能较准确地预测样品的表面散射特性。
设计了一种新的实验方法，利用TIS测量实现了对K9玻璃表面散射和体散射的独立测量。先利用磁控溅射法在基片的上表面和下表面分别沉积厚度为几十纳米的金属Ag薄膜，然后利用TIS测出基片上下表面的散射，最后从总散射中减去上下表面散射就得到了体散射。
利用总积分散射测量方法对超声波和离子源清洗过的K9玻璃基片和熔石英基片的表面特性进行了研究，同时还对不同方法制备的各种光学薄膜的表面RMS粗糙度和总积分散射进行了研究。
最后，在对本工作总结的基础上，针对积分散射及测试技术的研究方向提出了一些建议。