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金刚石的光谱透过范围宽,折射率高（2.4）,光交换性能好,在中红外区域波长范围内的光衰减低于1 dB/cm其禁带宽度远大于同族元素硅和锗,在蛋白质等特征光谱范围(1500-1800 cm-1)表现出较低的光学吸收率,不易吸收光信号激发载流子而导致信号损失。同时,金刚石的质量轻,生物相容好,耐腐蚀性极强,宽禁带可使其在极端温度下正常工作,高热导系数能及时传导出光电器件工作时产生的高热量。基于以上优异的性能,基于金刚石波导器件的马赫-曾德干涉仪（Mach-Zehnder interferometer,MZI）,可望应用于高灵敏或制成食品液相检测传感器件。本文采用热丝化学气相沉积（HFCVD）法制备出了一系列不同晶粒尺寸的微晶金刚石薄膜（MCD）,研究了晶粒尺寸对薄膜光学性能的影响;并通过不同剂量的硼离子注入和不同温度的退火处理,调控薄膜微结构及光学性能,研究了薄膜微结构与光学性能的关系。本文研究的具体结果如下:通过HFCVD系统制备了晶粒尺寸在160-2200 nm的微晶金刚石薄膜,并测试不同薄膜的光学性能,分析其微结构,获得晶粒尺寸、表面粗糙度、金刚石含量等因素对薄膜折射率、消光系数的影响。椭偏光学测试仪（SE）结果表明,晶粒尺寸在160-310 nm范围内的薄膜具有较高的折射率（2.77-2.92）。随着晶粒尺寸增加到620±100 nm,折射率值为2.39-2.47,接近天然金刚石数值（2.37-2.55）,并且消光系数值达到最低0.08-0.77。当晶粒尺寸增至2200 nm时,折射率增至2.66-2.81,消光系数增至0.22-1.28。Raman结果表明,所有样品位于1331-1333cm-1处都有明显的金刚石峰,随着晶粒尺寸的增加,金刚石相的含量逐渐增加,反式聚乙炔（TPA）含量减少。同时,粒径为620 nm的MCD薄膜中sp2碳含量显著降低,从而改善了薄膜的光学性能。研究了硼离子注入微晶金刚石（B-MCD）薄膜的微观结构与光学性质之间的关系,以了解不同退火温度对其复折射率的影响。通过SE在380-1000 nm的波长范围内研究B-MCD膜的光学性质。物理模型和拟合结果表明,薄膜的平均厚度约为515 nm。在退火温度较低（～700℃）时,与未退火样品相比,晶界中的TPA含量开始减少,石墨相无序度增加。800℃退火是薄膜光学性能的转折点,薄膜具有较高的折射率（2.29-2.30）和低消光系数（0.04-0.10）;在此退火温度下,石墨相更有序,Raman中的金刚石峰更靠近1332 cm-1,其半高宽（FWHM）值减少为7.08,表明金刚石具有更好的晶格结构。随着退火温度升高到900℃时,金刚石峰从7.08增加到9.01 cm-1,表明晶格结构在较高的退火温度下被破坏。X射线光电子能谱（XPS）结果表明,随着退火温度从700℃升至800℃时,sp3的含量从36.7%增加到52.7%,当退火温度进一步升至900℃时,sp3碳的含量下降至43.9%,这表明薄膜表面的非金刚石相在800℃退火的情况下达到最低,这对光学性能的提高有明显的作用。在MCD薄膜中注入不同剂量的硼离子,系统研究了硼离子注入剂量对薄膜微结构和光学性能的影响。结果表明,未退火状态下,随着表面离子注入剂量的升高,薄膜表面杂质相含量增加。在较高剂量的离子注入过程中,离子注入对金刚石晶粒结构的破坏作用较严重,退火处理后,样品中TPA含量降低,金刚石晶格中的部分缺陷被修复,薄膜中金刚石相含量有所增加。当掺杂浓度为1013cm-2样品的折射率在2.28-2.30之间,与其他掺杂浓度样品相比,更接近天然金刚石折射率2.45,霍尔系数为-4.18×104 cm2·C-1,Hall迁移率为61 cm2·V-1·s-1,表现出较好的n型电导能力。基于以上结果,我们通过调控金刚石薄膜的注入剂量对光学性能的影响,为制备金刚石基波导器件的研究有十分重要的意义。