[发明专利]一种光学膜系优化设计方法及产品

说明书

本发明属于光学膜系设计领域，并涉及一种光学膜系优化设计方法及产品，其具体为首先计算在初始膜系各处插入不同材料膜层后对应的目标评价函数值，以使用循环遍历的方法在初始膜系最合适的位置插入最合适材料的薄层，再对新得的膜系厚度进行优化，然后循环进行插入优化过程，以优化获得的所需膜系。通过本发明可设计获得非偏振膜系、减反膜系和消偏振分束器，相比于目前常用的Needle或其改进方法，本发明不仅能对反射偏振特性目标，亦可对透射偏振特性目标实施优化，且在一定条件下优化速度极快。

技术领域

本发明属于光学膜系设计领域，更具体地，涉及一种光学膜系优化设计方法及产品。

背景技术

对一个光学膜系光谱特性的计算，通常采用计算其特征导纳矩阵的方法(唐晋发，顾培夫.薄膜光学与技术.北京：机械工业出版社，1989)，对给定入射角、入射波长及入/出射介质，只要给定膜系每层的材料(光学常数)和几何厚度，就能很方便的计算膜系的光谱特性。而光学膜系优化设计问题则是上述计算的逆问题，即根据预定的光谱特性要求反求能达到此目标的膜系组成。由于实际光学薄膜制备材料的限制和膜系计算过程本身自变量众多的因素，使得这一过程比正问题复杂得多。

自1958年Baumeister提出光学膜系作为一个优化问题来处理后，各种数值优化方法便应用进来。一般而言，目前最通用的膜系设计方法可分为精炼法与合成法两大类。前者从若干个初始解出发，以某种方法得到改进的解，经过有限次迭代，得到在精度范围内的近似最优解。这适用于预先确定膜层数的膜系优化设计问题，这对初始膜系要求很高，局限性很大，多适用于对接近优化目标的膜系进一步优化。而后者对初始膜系没有要求，它是以某种方式逐渐增加膜层数，对膜系进行自动合成，使膜系的光学性质达到设计目标。在合成法中，最为先进、应用最为广泛的便是Needle法及其改良方法：Needle方法结合其他传统优化方法(单纯形法、Powell法等)能很好的提高计算速度；Needle方法结合其他优化理论可以克服单纯的Needle法存在陷入局部极值的缺陷，其可以使评价函数从一个局部极值跳到另一个局部极值，从而可以在整个范围内寻找全局最优值。虽然Needle方法及其改良方法相比于其他合成方法有着运算速度极快，优化结果为全局最优的优势，但该方法有两个缺点：一是计算膜系新插入薄层位置的过程需要复杂的数学偏导计算；二是该方法用到的状态变量是等效导纳，只能优化和反射有关的参量(反射率，反射相角等)，而对与透过相关的信息不可优化。