本发明公开了一种光学多层梯度薄膜及其制备装置，所述光学薄膜由2M组单元膜叠加而成，每个单元膜具有折射率相差较大的聚合物材料A和B交替而成N个相同的周期结构，聚合物材料A的折射率为n1，聚合物材料B的折射率为n2；前M组实现对一种波段的高反射，后M组实现对另一种波段的高反射。所述的装置主要包括有熔融塑化供料装置、汇流器、多个均匀层叠器、梯度膜厚层叠器和成型装置。本发明利用两种折射率相差较大的材料，可实现多种波段的全反射；采用多个均匀层叠器、梯度膜厚层叠器实现膜厚可控成型，层厚达到纳米级，生产成本低，且具有非常广泛的应用。本发明的薄膜及制备装置制造工艺简单，精度容易保证，对物料适应性和制造效率大大提高。