光學薄膜優化軟件的出現使得光學薄膜制備的設計難度極大降低，本例是基于Optilayer設計一個入射角為22.5°，在450～600nm波段透射率為60%，反射率為40%的分光鏡。盡管例子是基于Optilayer軟件，使用TFC、Essential Macleod、FilmWizard等軟件可以實現類似的效果。

1. 需求分析

為設計一個入射角為22.5°，透射率為60%，反射率為40%的分光鏡可以使用兩種設計思路，第一種為第一面的透射率為60%，反射率為40%，第二面為100%全透射；第二種為兩面的設計相同，但需要計算第一面和第二面的光譜參數。

從工程角度分析，一般選擇第二種設計方案，原因兩個面均承擔分光效果比一個面承擔分光效果要更可靠且制備時僅需優化一種膜系。

確定薄膜的設計方案后需要計算單界面的光譜信息，在忽略基底的吸收、膜層的吸收的情況下，雙面鍍膜后分光鏡的透射率T可以表示為

令T = 0.6，即可求解出

在已知薄膜界面透射率為0.75的條件下，可以開展后續設計。

2. 優化前準備

本次設計使用Optilayer的Optilayer模塊開展設計，設計前先加載高折射率材料H為TiO2，低折射率材料為MgF2，基底為BK7。

圖1 基本設置

膜層的初始設計可以簡單設計為單層膜，中心波長為500nm，入射角為22.5°，設計好后加載至內存。目標函數入射角為22.5°，初始波長為450nm，終止波長為600nm，控制點128個，按對數分布，所有控制點的s光和p光的透射率設置為75%，容差1%。

圖2 初始膜系設置

圖3 目標函數設置

圖4 初始膜系的透射率和反射率光譜及目標值

3. 優化

使用軟件的Synthesis選項下的Gradual Evolution.設置最大物理厚度為1000um（依據鍍膜設備設置）開始優化，直到厚度超過1000um，開始提示使用針式算法自動優化，此時停止優化。此時評價函數已經很小，光譜基本滿足設計。

圖5 優化設置

圖6 優化后的光譜

4. 再優化

第三步光譜已經基本滿足，但此時膜層有很多薄層，制備難度較大，需要進一步優化。如圖7所示，使用薄層移除功能發現此時最薄的膜層僅有1.5nm，制備難度極大，需要去除薄層，依據經驗以15nm為界，去除1.5nm和4.9nm的薄層，此時光譜如圖8（a）所示，仍滿足光譜要求。此時已經可以制備薄膜，但最厚膜層有550nm，需要分坩堝制備，此時可以通過，軟件自帶的膜層限制功能限制最大厚度為450nm，最薄厚度為25nm，進一步優化，結果如圖9所示，滿足制備要求，優化結束。

圖7 優化后的膜層厚度分布

圖8 去除薄層后的光譜及厚度分布（a）光譜（b）厚度

圖9 限制厚度后的光譜及厚度分布

5. 結果

使用膜堆功能查看設計的光學薄膜雙面鍍膜后的光譜見圖10所示，滿足設計要求，設計合理。

圖10 雙面鍍膜后的光譜