膜系自动设计中的隧行方法

针法膜系自动设计可以从单层膜开始优化设计得到一个多层膜,但多层膜还必须克服局部极值得到最佳膜系设计。为此我们讨论了三种可以摆脱局部极值影响的隧行方法。     

进化算法在膜系自动设计中的应用

在膜系的优化设计中,以膜系结构为参数的评价函数是一个非常复杂的多峰值函数。传统的优化算法强烈地依赖于膜系的初始设计,且易陷入较接近于初始结构的一个局部极值处。为解决这一矛盾,将全局寻优的自适应进化算法用于光学薄膜的膜系优化设计,设计中只需问题解的编码和适应度函数,而不依赖其他任何辅助信息(包括初始结构),有利于自动设计的进行。将该方法与常用设计方法进行了比较。高反膜、分光镜的实例优化表明：在相同设计要求下,用自适应进化算法可以得到更加合理的膜系结构,而且膜系结构简单,设计灵活,容易实现。理论和实践均表明该方法是高效和可靠的。     

基于遗传算法的减反射膜的优化设计

为了研究膜系设计领域内的全局性优化方法,提出了基于遗传算法的膜系设计方法。编制了用遗传算法进行膜系设计的通用程序,并在各种类型的减反射膜设计中取得了成功。结果表明：基于遗传算法得到的减反射膜具有与近期发表的膜系结果相一致或更好的光谱性能和全局性。同时在应用遗传算法进行膜系设计时,不需要给定初始膜系,可以设定膜层厚度边界和膜层数,这对于设计和镀制有现实意义的光学薄膜极为有利,并且只要改变目标反射率就能推广到其他膜系的设计中,具有良好的可移植性。     

基于遗传算法的光学膜系初始结构优化设计

膜系初始结构优化设计是膜系优化设计的关键。针对多膜料设计 ,提出了一种新的膜系初始结构优化设计算法 ,将膜系的初始设计视为组合优化问题 ,采用遗传算法 ,求得组合的最优解。给出了算法的原理 ,并给出了相应的设计实例。结果表明 ,本算法是一种简单、有效、通用性强的膜系初始化设计方法     

光学薄膜鲁棒设计中膜系误差灵敏度控制

提出了一种基于膜系误差灵敏度控制的鲁棒膜系设计方法,建立了鲁棒膜系设计评价函数在膜层参数误差统计分布下的解析表达式,避免统计样本数目有限性造成的样本均值与总体期望的误差,以及过大数目样本造成的长的计算时间消耗,并通过宽带增透膜、中性分光膜和线性透射率滤光片等多种薄膜的鲁棒设计实验证实了其在膜层参数误差控制上的效果。结果表明:该新型鲁棒膜系设计方法具有内在的快速算法特性,其设计膜系对镀膜中的膜厚监控误差不敏感,对于高质量薄膜的重复制备和批量成品率的提高具有实用价值。     

一种红外双半波滤光片的设计和制造方法

针对唐晋发、郑权老师在《应用薄膜光学》一书中介绍的采用低折射率材料做间隔层，用16个λ/4层完成红外双半波滤光片的设计方法制作的薄膜易发生断裂，该文给出该膜系另一种设计计算方法，即采用高折射率材料做间隔层，用12个λ/4完成膜系设计。与前者相比，该方法节省了材料和时间。同时给出了镀制该膜系的工艺要点，并对镀膜过程中的初始真空度、蒸镀温度和2种材料的蒸发速率做了说明。指出在该工艺实施过程中，首先使用离子源对基底进行活化轰击，然后在蒸镀硫化锌和锗的过程中用离子源进行辅助蒸镀，可得到非常牢固的膜层。     

光学薄膜膜厚自动控制系统的研究

介绍了一种利用光电极值法同时控制规整膜系和非规整膜系的方法,利用VC++编写程序实现对光学监控信号的采集、处理及停镀点的自动判断,实现了规整膜系和非规整膜系膜层厚度的自动控制.并利用该膜厚自动控制系统实验制备了规整膜系和非规整膜系多层膜,实验结果表明：利用该系统镀制的薄膜重复性良好,且光谱曲线和理论光谱曲线吻合较好.该系统解决了非规整膜系的监控问题,由计算机控制膜层的停镀点,排除了人的主观因素对薄膜的性能及其制备的重复性产生的影响,提高了薄膜镀制的重复性和成品率.     

1555nm宽带通滤光膜的设计和优化

针对对空间通信的特殊需求,设计并制备了1 555 nm波段的高透过率、宽带通滤光膜,该滤光膜在高温高湿环境下能够稳定工作。根据薄膜设计理论,选取折射率差大的TiO2和SiO2作为镀膜材料,采用规整膜系进行膜系设计。借助Optilayer软件,采用针形优化和双面镀膜方法,得到优化的非规整膜系。采用直接与间接监控相结合的手段监控薄膜生长,并探讨了薄膜的生长条件。在电子束蒸发离子辅助沉积条件下,制备出中心波长处透过率达到97%,带宽为50 nm的滤光膜。在100℃高温和-30℃低温各保持3 h的条件下,波长漂移仅0.2 nm,具有高的稳定性和可靠性,满足空间通信的使用要求。     

膜系优化设计中的模糊输入及评价函数的改进

为建立更为合理科学的目标光谱函数,从而改进膜系的自动设计,在进行理想光谱曲线输入时,对光谱反射比或透射比要求不严格的波段不进行精确输入,只输入一个区间范围;要求严格匹配的波段,按点输入准确值。同时,评价函数的构造根据波段要求的严格与否做不同的变形。采用改进以后的方法设计的膜系与原来的膜系相比,层次减少,而且设计时间缩短。采用模糊输入法,对评价函数的构造做相应的变形,可以改进膜系的自动设计。     

石英基底上可见光区减反射涂层的双层膜系设计

针对石英光学基底合理设计多层膜系是提高光学器件透射率的关键方法。设计了两种不同的膜系结构，运用导纳轨迹法分析这两种膜系的设计原理。利用光学薄膜设计软件Filmstar分别得到两种膜系的最优解，以使在可见光区膜系的平均透射率尽可能接近于100%。     

球面旋涂光刻胶膜厚分布的数学模型

提出了球面旋涂微米级厚度光刻胶膜层薄化率公式及径向位置演变公式,并得到了膜厚分布的演变公式。与平面涂胶相比,球面涂胶离心力及重力分量是在不断的变化。根据平面旋涂运动方程及球面面形特征,给出了球面旋涂运动方程;结合流体层流的表面条件及不可压缩流体的质量连续方程,推导出了膜厚h及径向位置r对时间t的演变公式,并得到了在径向位置r处初始厚度为h0的膜厚演变的数学模型。通过对模型参数的分析可知,球面旋涂光刻胶应采用主从轴偏心旋涂,旋涂时工件的开口应朝向侧面(旋转轴水平)。     

可见光隐身涂料设计

根据颗粒粒径与波长相比的不同情形，分别用粗粒子理论、细粒子理论和桥理论求得颗粒的 光散射系数和吸收系数，从而得到含颗粒涂料的漫反射率.讨论了涂料参数如黏结剂和颗粒 的光学常数、颗粒粒径和体积比等对漫反射率的影响.并以含钛白粉颗粒的涂料为例，介绍 了可见光隐身涂料的计算机设计方法. 关键词： 非均匀涂料 涂料设计 可见光隐身     

光学薄膜的温度场设计

提出了光学薄膜温度场的概念，研究分析了薄膜光学性质和热，物性质对其温度场的影响，给出了相变光盘薄膜和高功率激光反射膜的具体设计，还给出了相变膜的写入，擦除功率和激光反射膜的破坏阈值。     

谱域OCT的印刷电路板三防漆厚度测量

三防漆是一种广泛应用在印刷电路板（PCB）的保护性涂层,可以有效保护PCB使其免受恶劣环境的损害。三防漆的厚度是评价三防漆涂层质量的关键指标,因此需要对三防漆涂层进行厚度检测。提出了将谱域光学相干断层扫描成像技术（spectral domain optical coherence tomography,SD-OCT）与图像分割算法相结合,实现对三防漆涂层厚度快速无损测量。为了提高测量精度,选用了宽带SLD光源（带宽：180 nm）来设计SD-OCT系统,系统轴向分辨率达到1.72 μm。同时设计了基于边缘跟踪的涂层分割算法来实现三防漆涂层的快速准确分割。为了评估所设计方法的准确性,利用传统的金相切片方法进行了三防漆的厚度测量,将测量结果与该方法测量结果进行比较,分析了两种方法检测到的涂层上下边界吻合程度以及厚度差异。此外,还将所提出的涂层分割算法与我们组之前研究的基于图像梯度的边缘检测算法进行对比,分析了两种方法在测量结果的准确性和运行效率方面的差异,以此来评估该方法的优劣势。结果表明,所设计的三防漆厚度测量方法与传统的金相切片方法的测量结果具有很好的一致性,可以准确地实现三防漆的厚度测量;基于SD-OCT系统的三维成像能力可以直观地看到三防漆厚度地形图,克服了传统的金相切片方法无法进行区域性的三防漆厚度测量的缺陷;相比之前提出的基于图像梯度的边缘检测算法,此方法测量结果更加准确,效率显著提升,具备实时测量的潜力。     

深紫外光刻光学薄膜

深紫外波段是目前常规光学技术的短波极限,随着波长的缩短,深紫外光学薄膜开发面临一系列特殊的问题;而对于深紫外光刻系统这样的典型超精密光学系统来说,对薄膜光学元件提出的要求则更加苛刻。本文主要介绍了适用于深紫外光刻系统的薄膜材料及膜系设计;对薄膜沉积工艺、元件面形保障、大口径曲面均匀性等超精密光学元件的指标保障关键问题进行了讨论;对环境污染与激光辐照特性等光刻系统中薄膜元件环境适应性的重要因素进行了深入分析。以上分析为突破高性能深紫外光刻光学薄膜开发瓶颈,更好地满足深紫外光刻等极高精度光学系统的应用需求指明了方向。     

一种双段多层长周期光纤光栅光谱特性研究

长周期光纤光栅(LPFG)传感器具有非常广泛的应用价值,而有效解决物理量交叉敏感问题是其实用化的关键。基于LPFG对包层外介质折射率和厚度的敏感性,提出一种双段多层折射率横向分布结构的新型LPFG传感器的设计,并利用耦合模理论和传输矩阵方法分析了镀膜材料折射率、膜层厚度和镀层长度对新型LPFG传感器光谱特性的影响。软件仿真结果证明,这种LPFG由于结构设计上的特殊性,将使LPFG的谐振峰发生分裂,即一个透射峰分裂为两个。由于两个分裂峰对应力和温度的灵敏度不同,利用该结构的LPFG作为传感器,可以实现温度、应力等物理量的同步测量,从而解决LPFG传感器的交叉敏感问题。     

具有鲁棒性的矩形窄带滤光片的自动设计

分析了用于WDM光纤通信系统的全介质多腔窄带滤光片的膜系结构特点及其所必须具备的光学特性,提出了一种利用最优化方法的原理,通过计算机寻优来自动完成其膜系设计的方法;构造了合理的评价函数,编制了可自动搜索既满足设计目标、又具有鲁棒性的最优化膜系的计算机程序;使用本程序所设计出的多腔窄带滤光片具有较小的纹波系数和较好的矩形度,可满足WDM光纤通信系统对其分波/复波器的要求.     

膜厚监控误差及监控片不均匀对膜厚监控的影响

借助于VC 编程从理论上模拟分析了膜厚监控误差以及监控片不均匀性对光学膜厚监控的影响。结果表明,膜厚监控误差和监控片的不均匀性都对监控曲线有影响;随着膜层层数的增加,监控片不均匀性逐渐增大。实验制备了多层规整薄膜并对其监控曲线进行了分析,分析表明考虑到膜厚监控误差和监控片不均匀性后计算的光学监控曲线和镀膜过程实测光学监控曲线吻合较好。这说明膜厚监控误差和监控片不均匀性是引起监控曲线与理论值偏离的重要因素。介绍了如何计算考虑膜厚监控误差和监控片不均匀性后的理论监控曲线。这将对膜厚自动监控,尤其是对非规整膜系的自动监控具有重要的指导意义。