反射率的案例
Lumerical案例 | 垂直腔面發射激光器(VCSEL)結構導入、反射率和冷腔模擬
反射率分析：為了計算整個VCSEL結構的反射率光譜，必須在VCSEL求解器“General”選項卡中的“reflectivity structure group”選項中選擇“All”。如果對某個子組的反射率感興趣，則必須在“reflectivity structure group”選項中選擇該子組。反射率分析的波長范圍以及入射角可以在VCSEL求解器“Reflectivity”選項卡中設置。反射率分析結果可以在分區后或運行模擬后進行可視化。
圓柱軸：由于VCSEL求解器支持圓柱對稱的VCSEL，因此在VCSEL求解器“Optical”選項卡下的“General”選項卡中正確設置圓柱對稱軸非常重要。模擬區域也必須正確設置，以使對稱軸與VCSEL軸相對應。
波長/頻率：執行本征模分析時，“Optical”選項卡下的“Model Analysis”選項卡要求輸入單個波長/頻率值，以及計算中需要考慮的、圍繞所選值的特征模數量。用于本征模計算的波長/頻率應設置為接近VCSEL的預期工作波長。使用偶極子源運行仿真時，“Model Analysis”選項卡中的輸入對應于偶極子源的波長/頻率范圍。
傅里葉分量的數量：雖然使用2-3個傅里葉分量通常就足夠了，但用戶可以設置更多的傅里葉分量來檢查腔體模式和不同偶極子位置和方向的腔體響應。
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展開 基于Lumerical FDTD Solutions 2020計算WO3/W薄膜的反射率
網格有兩種添加方案，一是設置Mesh的尺寸，二是基于結構，這里主要考慮WO3/W薄膜反射率，可以把mesh加到WO3上。
5. 光源設置
點擊Sources，加入光源。光源選擇平面波，入射方向設置z負方向。光源尺寸大于FDTD尺寸（如果沒有大于會在仿真時自動拓展），光源放置在結構上方，具體可以對比結構尺寸和光源尺寸查看。
隨后設置入射光波長范圍，這里設置成0.4~0.9。
6. 監視器設置
主要設置反射率監視器。
監視器類型選擇Frequency-domain field and power。
監視器選擇Z-normal，XY平面尺寸大于FDTD尺寸，大了無所謂，超出的部分不會記錄數據，主要是設置Z方向的位置。反射率監視器在光源和FDTD上邊界中間。
在General選項中，點擊Set global monitor settings，
Frequency points數量設置為50，這個數值越大，譜線越光滑。
7. 檢查運行內存
點擊Check，選擇Check simulation and memory requirements，
保證mesh和running
simulation不超過電腦內存大小，否則無法計算，需要降低精度才能計算。
8. 運行
上一步檢查沒有問題的話，點擊Check旁邊的Run，運行即可，等待運行結束。
一般會提前結束，提前結束的條件是Autoshutoff的數值滿足FDTD中設置的停止條件。
9. 結果分析
右鍵點擊R，可以查看該監視器平面的電場磁場等信息，選擇T，查看反射率信息。
反射率曲線如下圖所示
另外，FDTD仿真得到的計算結果，也可以導入Matlab中進行進一步的數據處理。
展開 利用FDTD的參數掃描分析薄膜中WO3層厚度對反射率影響
選擇第一個新建sweep
右鍵編輯，從下拉菜單中選擇自己想要掃描的參數，并添加掃描范圍和掃描頻率，在下方添加結果監視器，這里監視器選擇前面設置的反射率監視器。
運行掃描，點擊運行按鈕，等待運行結束即可。
最后，可以將數據輸出到matlab中，再利用matlab進行后處理。
歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
全球首款測量達7.5μm-12.5μm的光學鏡片透過率反射率檢測儀器
RT7512長波紅外分光光度計是用于測試平面光學鏡片的透過率與反射率。
產品特點
1.測試波段可達7.5μm-12.5μm
2.儀器采用單色儀方案，并非傅里葉紅外變換，因此具有更好的測量精度與更好的信噪比
3.可在0-60°范圍內對平面鏡片或棱鏡進行測試
4.具有探測器自動位移功能，補償位移可達40mm
5.內置起偏器，可實現7.5μm-12.5μm偏振態測試
產品優點
1.測試透過率時入射角范圍0-60°
2.測量比較厚的樣品有光束位移補償
3.儀器內部有一個單色儀，并不是使用傅里葉變換紅外技術制造，所以噪聲水平更好，測量精度更高
4.內置偏振組件，并且偏振組件是全范圍的偏振
5.采樣間距可達0.5nm-100nm
產品規格
樣品臺旋轉步進間距0.01°
波長采樣間距0.5-100nm
光斑尺寸6.0×3.0mm
測試精度±0.2%
測試重復精度±0.1%
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VirtualLab Unity應用：激光諧振腔高反射膜
摘要
在本案例中，針對Nd:YAG激光器的諧振腔，我們基于λ/4膜堆結構，通過理論分析確定了的初始膜系設計；同時利用電場分布分析對膜層結構進行優化，使得在滿足高反射率要求的同時，薄膜整體的激光損傷閾值得到了顯著提高。
應用場景
1064nm是Nd : YAG激光器常用的光譜線。為適應激光波長漂移及不同激光模式的需求，必須在中心波長附近保持約20nm的寬帶高反射性能。本案例中，我們通過理論計算確定了基于1/4波長膜堆結構的周期數 ??，確保在1064nm ±20nm范圍內的反射率均大于99.5%。此外，借助電場工具，對膜層結構進一步調整，從而提升薄膜整體的激光損傷閾值。
設計結果
設計結果如上圖所示，在 1064nm ± 20nm 帶寬范圍內，平均反射率達 99.514%
設計流程
盡管金屬或金屬+介質膜可用于高反射膜，但由于金屬存在熱吸收且反射率有限。而高功率激光器對反射鏡要求極高，需盡可能接近100%反射率并最小化吸收損耗。因此，必須采用全電介質膜堆以降低吸收并提高反射率。
通過向量法或導納軌跡法可以證明在基板中鍍高低折射率交替的多層1/4波長膜堆可獲得極高的反射率。反射率公式為：
應用該公式，為了使反射率要到達99.5%，周期數m至少需為8.
使用公式工具構建了膜系作為基礎結構，并分析了在1064nm ± 20nm 帶寬范圍內的反射率分布。右圖顯示了相應的結果，可見在工作波段內的平均反射率達99.63%,已經達到了設計指標。
關于公式工具的更多信息: Tutorial: Formula Tool
通過電場分析工具可以查看電場在膜層間的分布，左圖是標準的四分之一波膜堆的電場分布圖。
展開 通過被動冷卻拯救地球：新型陶瓷和玻璃輻射涂層提供穩定性和可擴展性
受甲蟲啟發的不同顏色的陶瓷輻射涂層樣品，圖片來源：香港城市大學
陶瓷輻射涂層的其他特性包括
超低厚度，該涂層的厚度僅為 150 μm，即可實現 95% 以上的反射率。傳統的高性能屋頂冷卻涂料通常需要厚度大于 1 毫米。
機械強度高，該涂層表現出超過 100 MPa 的高機械強度（建筑圍護結構至少需要 35 MPa）。
低反射率，該涂層在任何厚度的大氣窗口透射率范圍內都具有低反射率，使其適用于涂覆混凝土和類似基材。
亞環境冷卻，即使在中午（上午 11 點至下午 2 點之間）左右，該涂層也能實現 4°C 以上的低于環境冷卻，與白色商業瓷磚相比，溫度更低。
要么親水，要么疏水，通過用有機硅化合物浸漬，涂層可以從超親水性（被水吸引）轉變為疏水性（排斥水）。涂層的這種變化只會導致太陽反射率的小幅下降。
對環境刺激有抵抗力，該涂層在用氟硅烷處理時可抵抗污染物，將太陽反射率保持在 97% 以上。該涂層還具有抗紫外線輻射和防火性能。
可回收利用，該涂層是可回收的，可以變成一種具有良好光學特性的新材料。
顏色選項，涂層可以使用雙層設計著色，同時大部分保留其反射特性。例如，黃色、紅色和綠色涂層在近紅外區域的反射率分別為 95%、96% 和 87%。
香港城市大學Chi Yan Tso在一份大學新聞稿中說：“[這項研究]證實了冷卻陶瓷在減少人們對傳統主動冷卻策略的依賴方面的巨大潛力，并為避免電網過載、溫室氣體排放和城市熱島提供了可持續的解決方案。
展開 汽車外后視鏡結構設計總結
一般后視鏡鏡面主要有兩種，一種是平面鏡，顧名思義鏡面是平的，表面曲率半徑R無窮大，根據光的反射規律，這種鏡面可得到與目視大小相同的映像，這種平面鏡常用做內后視鏡。另一種是凸面鏡，鏡面呈球面狀，具有大小不同的曲率半徑，它的映像比目視小，但視野范圍大，這種凸面鏡常用做外后視鏡和下后視鏡。轎車及其它輕型乘用車一般裝配外后視鏡和內后視鏡，大型商用汽車（大客車和大貨車）一般裝配外后視鏡、下后視鏡和內后視鏡。
3、關于后視鏡的視野問題。（詳見后面介紹）
4、關于后視鏡的反射率：
后視鏡有一個反射率指標，反射率越大鏡面反映的圖像越清晰。
反射率的大小與鏡面反射膜的鍍層材料以及鍍層位置有關：鏡片外表面鍍膜，一般用鉻為材料，反射率較低，最小反射率為40%；鏡片內表面鍍膜，一般用銀、鋁為材料，反射率較高，最小反射率為80%。
高反射率在一些場合會有副作用，例如夜間行車在后面汽車前大燈的照射下，經內后視鏡的反射會使駕駛者產生眩目感，影響行車安全。因此內后視鏡一般采用棱形鏡，雖然鏡面也是平的，但其截面形狀是棱形，它利用棱形鏡的表面反射率與里面反射率不一樣的特點，達到無眩目要求。白天采用反射率為80%的銀質或鋁質里面反射膜，晚上則用反射率只有4%左右的表面玻璃。為此，晚上只需略為將白天位置的內后視鏡轉動一下角度就行了。
目前有一種自動防眩目內后視鏡，有一面含有光化學物質的特殊鏡子和兩個光敏二極管及電子控制器組成。兩個光敏二極管分別設置在后視鏡的前面及背面，分別接收汽車前面及后面射來的光線。當車后面跟隨車輛的大燈照射在車內后視鏡上時，此時后面的光強于前面的光，此反差被兩個光敏二極管感知并向電子控制器輸出一個電訊號到后視鏡導電層上，致使后視鏡鏡面電化層顏色變深，此時再強的光照射在車內后視鏡上也不會反射到駕駛者眼睛上，不會晃眼。
展開 汽車外后視鏡結構設計總結
一般后視鏡鏡面主要有兩種，一種是平面鏡，顧名思義鏡面是平的，表面曲率半徑R無窮大，根據光的反射規律，這種鏡面可得到與目視大小相同的映像，這種平面鏡常用做內后視鏡。另一種是凸面鏡，鏡面呈球面狀，具有大小不同的曲率半徑，它的映像比目視小，但視野范圍大，這種凸面鏡常用做外后視鏡和下后視鏡。轎車及其它輕型乘用車一般裝配外后視鏡和內后視鏡，大型商用汽車（大客車和大貨車）一般裝配外后視鏡、下后視鏡和內后視鏡。
3、關于后視鏡的視野問題。（詳見后面介紹）
4、關于后視鏡的反射率：
后視鏡有一個反射率指標，反射率越大鏡面反映的圖像越清晰。
反射率的大小與鏡面反射膜的鍍層材料以及鍍層位置有關：鏡片外表面鍍膜，一般用鉻為材料，反射率較低，最小反射率為40%；鏡片內表面鍍膜，一般用銀、鋁為材料，反射率較高，最小反射率為80%。
高反射率在一些場合會有副作用，例如夜間行車在后面汽車前大燈的照射下，經內后視鏡的反射會使駕駛者產生眩目感，影響行車安全。因此內后視鏡一般采用棱形鏡，雖然鏡面也是平的，但其截面形狀是棱形，它利用棱形鏡的表面反射率與里面反射率不一樣的特點，達到無眩目要求。白天采用反射率為80%的銀質或鋁質里面反射膜，晚上則用反射率只有4%左右的表面玻璃。為此，晚上只需略為將白天位置的內后視鏡轉動一下角度就行了。
目前有一種自動防眩目內后視鏡，有一面含有光化學物質的特殊鏡子和兩個光敏二極管及電子控制器組成。兩個光敏二極管分別設置在后視鏡的前面及背面，分別接收汽車前面及后面射來的光線。當車后面跟隨車輛的大燈照射在車內后視鏡上時，此時后面的光強于前面的光，此反差被兩個光敏二極管感知并向電子控制器輸出一個電訊號到后視鏡導電層上，致使后視鏡鏡面電化層顏色變深，此時再強的光照射在車內后視鏡上也不會反射到駕駛者眼睛上，不會晃眼。
展開 TechwizLCD應用之LCOS結構的模擬
前者通常用穿透式投射的方式，光利用效率只有3%左右，解析度不易提高；LCOS則采用反射式投射，光利用效率可達40%以上。
條件設置：
邊界條件：周期邊界條件
預傾角：85°
方位角：45°
偏振分束器方向：0°
液晶參數：Δn=0.079 負性液晶
光源：λ=550nm 水平線偏振光
結果
反射率 V=1V
反射率 V=2V
反射率 V=3V
反射率 V=4V
反射率 V=5V
反射率 V=6V
不同電壓下的光學延遲值（單位：nm）
如何模擬粗糙表面的光學特性
任何反射回邊界的光都會無障礙地通過，然后被完美匹配層吸收。
雖然這是一個發射波的好方法，但我們將不再使用端口邊界條件來計算有多少光被反射，因為不得不增加數百個衍射端口，同樣，也需要數百個端口來計算總的透射率。
為了監測總的透射和反射光，我們在模型中引入了兩個額外的內部邊界，就在完美匹配層域的前面（見上圖）。在這兩個邊界，我們對向上和向下的功率通量進行積分，通過將入射功率歸一化處理，得到總反射率和透射率。為了更準確地確定這些邊界處的功率通量的積分，我們還引入了一個由遠小于波長的單層單元組成的邊界層網格。
在入射側，把這個監測邊界放在內部端口的上方。在發射口引入了一個向材料界面傳播的平面波。在界面上反射的光通過這個內部端口，然后通過監測反射率的邊界，并在完美匹配層中被吸收。
下面的圖中顯示了透射率、反射率和吸收率的樣本結果。它們與光滑表面和周期性變化表面的結果明顯不同。請注意，入射角的掃描在偏離法線 85° 時終止。當然，對于運行的每個不同的隨機幾何案例，這些圖看起來會略有不同。
法向入射到粗糙玻璃表面的透射率、反射率和吸收率。
在入射角不超過 85° 的情況下，波長為 550nm 光的透射率、反射率和吸收率。
關于計算粗糙表面的光學特性的總結性思考
在這篇文章中，我們介紹了一種適合于計算粗糙表面的光傳輸和反射的建模方法。這種方法與均勻光學平面的建模方法以及周期性變化表面的建模方法形成對比。粗糙表面的建模方法也可用于具有很長周期的周期性結構的建模，例如當不考慮散射到不同的衍射階數時。
對真正的隨機表面進行建模確實需要小心一些，因為需要改變幾何形狀以確保它是周期性的。另外，所研究的域的大小和不同的隨機幾何形狀的數量必須足夠大，以得到有統計意義的結果。
展開 Ansys Zemax | 如何建立二向分色分光鏡
在下圖中，我們可以依照能量的穿透率將二向分色鍍膜的特性曲線分為三個部分。1) Pass band，此波長范圍內的入射光具有高穿透率和低反射率 2) Stop band，此波長范圍內的入射光具有低穿透率和高反射率 3) Transition region，波長范圍介于前兩個區域之間。
為了簡化模擬，我們將利用CVI提供的信息建立理想的SWP二向分色分光鏡。以下五點為建立該模型的原則:
· 不需要知道完整的鍍膜分類數據報告(prescription data)
· 二向分色鍍膜不受入射光偏振態的影響
· Pass Band的穿透率為100%
· Stop Band的反射率為100%
· 我們不會對過渡區(穿透率由高到低的區域)進行模擬
OpticStudio可以模擬極為接近實際鍍膜的狀況，因此我們不一定需要輸入理想的條件才能完成模擬，這些假設只是用來幫助我們更輕易的完成本范例。
本范例中的SWP二向分色分光鏡具有以下特性:
· 材質: N-BK7
· Clear Aperture: 1”
· 厚度: 0.25”
· 二向分色鍍膜位于分光鏡(Object 2)的前表面(front surface)
· Pass wavelength (在System Explorer中設定): 0.400 um
· Stop wavelength: 0.525 um
· 分光鏡的側表面和后表面以反射率1%(穿透率99%)的抗反射(AR)材質進行鍍膜
初始設定
為了更順利的完成后續的操作步驟，建議以附件的檔案進行光學設計。
如下圖，范例的檔案包含了橢圓光源(Source Ellipse)、標準透鏡(Standard Lens, 模擬分光鏡)和兩個矩形量測器(Detector Rectangle, 分別量測反射和穿透的能量)。
展開 
基于Rsoft軟件光纖光柵的仿真模擬
第三步：選擇菜單中run，并選擇下一步
? Bragg Condition：? Fix Center Wavelength程序將自動調整光柵周期，使其反射峰中心波長為所設置的中心波長。? Fix Period: 程序將計算對應光柵周期下的光柵頻譜。? Grading Order：光柵衍射級次，上圖默認為一級。? Wavelength Range:需要分析(計算)的波長范圍（按初始默認設置）：如只輸入一個參數，則計算以Bragg波長為中心、寬為此參數的波長范圍。（如輸入兩個參數a、b則表示分析范圍為a-b微米范圍內的光柵特性）。
特別地，我們可以對光珊的反射輸出光譜進行特殊表征說明。
? FWHM：半峰值寬度,顯示反射率下降為峰值的一半時反射譜的寬度。
? Peak Amplitude：反射率的最大值，即中心波長反射率。
? Peak Position：最大（峰值）反射率對應的波長值，即中心波長。
? Stop Band：截止帶寬，表示反射譜下降為0時兩點之間的帶寬。
? Left Side Lobe-Peak Amplitude：左邊第一個旁瓣對應的最大反射率，即旁瓣反射率。
? Inside of Band Defined byLevel（0-1or dB）：計算反射譜的寬度，定義為當反射率下降到峰值反射率的一定值或分貝時兩點之間的寬度。
第四步：輸出結果， ? Output Prefix:將結果保存到文件中。
小貼士：上述案例模擬了FBG型光柵的反射光譜，通過調控光柵的結合參數可以得到不同參數結構下的反射光譜，如果我們想得到例如LPG長周期光柵的透射光譜時，可以采用將周期變長，并在輸出光分析部分選用transimisson進行研究分析，如下圖所示。
展開 新型薄層隔熱節能涂料的探索
薄層隔熱節能涂料技術
1.反射隔熱涂料
由太陽光譜能量分布曲線可知，太陽能量絕大部分處于400—1750nm范圍內的可見光和紅外光區。在該波長范圍內，涂膜的反射率越高隔熱效果就越好。因此通過選擇在該波長范圍內反射率高的原料，可制得高反射率的涂膜，反射可見及紅外光，以達到隔熱的目的。
早期的反射隔熱涂料，通過選擇高反射率的金屬或金屬氧化物顏填料，制得高反射率的涂層，反射太陽熱以達到隔熱的目的。由于金屬薄片在溶劑型涂料中能夠較長時間穩定存在，而在水性體系中則不能，因此大多數反射隔熱涂料為溶劑體系。但水性化是涂料的發展趨勢和必然歸宿。目前，利用“空心微珠”等組合形成高太陽熱反射漆膜，具有很好的降溫隔熱作用?？招奈⒅樘盍蠈t外光的反射率遠遠高于普通填料。主要使用玻璃微珠和陶瓷微珠，玻璃微珠與陶瓷微珠的反射比相近，但陶瓷微珠的貯存穩定性差，空心玻璃微珠保溫涂料較穩定。
2.輻射隔熱涂料
輻射隔熱涂料是通過輻射的形式把建筑物吸收的日照光線和熱量以一定的波長發射到空氣中，從而達到良好隔熱降溫效果的涂料。其中的關鍵技術是制備具有高熱發射率的涂料組分。研究表明，多種金屬氧化物，如Fe2O3、Mn02、C0203、CuO等具有反型尖晶石結構的摻雜型物質具有熱發射率高的特點，因而廣泛用作隔熱節能涂料的填料。
輻射隔熱涂料不同于玻璃棉、泡沫塑料等多孔性低阻隔性隔熱材料，阻隔性隔熱材料只能減慢但不能阻擋熱能的傳遞。白天太陽能經過屋頂和墻壁不斷傳人室內空間及結構，一旦熱能傳人，就算室外溫度減退，熱能還是困陷其中。而輻射隔熱涂料卻能夠以熱發射的形式將吸收的熱量輻射掉，從而促使室內與室外以同樣的速率降溫。
3.真空隔熱涂料
熱傳遞有三種方式：傳導、對流和輻射。
展開 VirtualLab Unity應用：天文望遠鏡中的金屬-介質高反射膜
摘要
在本應用案例中，通過合理的初始結構設計并結合后續優化，我們設計了一種金屬-介質高反膜，能夠在可見光和近紅外都提高都具有良好的反射效果，滿足了天文觀測要求。
應用場景
在天文觀測中，由于需要觀測早期星系和深空圖像，所以工作波段要求較寬，需要覆蓋可見光和近紅外（400~1100nm)。本案例中通過優化初始結構的層厚度，目標是在工作波段平均反射率＞93%。
設計結果
優化后的結果如上所示，右圖展示了最終的光譜數據，工作波段的平均反射率為93.545%，滿足設計要求。
設計流程
為了滿足深空圖像和早期星系探測等不同的科學目標， 天文望遠鏡的工作波段需要覆蓋可見光+近紅外波段（400-1100nm)。由于天文望遠鏡通常的鏡片尺寸較大，所以一般都是采用簡單低風險的金屬+介質反射膜。Al是紫外到紅外區都有比較高的材料，所以鋁膜最常見的一種作為主鏡的反射鏡。但由于單層鋁膜在反射率有限且在空氣中很容易氧化，常用的方法是在金屬膜層的表面加鍍〖"(HL)" 〗^S 膜堆。
選擇的高低折射率材料分別為 Ce"O" _2 和MgF_2,因為這兩個材料都均具有較低的熱膨脹系數和良好的化學穩定性，且兩種材料的折射率差距較大，高低折射率交替時具有較寬的反射帶寬。
使用公式工具構建了上述膜系作為基礎結構，右圖展示了其在400-1100 nm內0°入射時的光譜?？梢钥闯龃藭r平均反射率沒有達標。
展開 具有耐候性的超薄輻射制冷技術
圖3 所設計的輻射制冷涂層：（a）不同質量分數的粘結劑PFOTS的光譜反射率、（b）接觸角和滑移角；（c）溶劑IPA不同質量分數下的光譜反射率、（d）接觸角和滑移角，圖中（a）至（d）的厚度為100 μm；(e) 透明丙烯酸基板在不同厚度(50 μm、100 μm和150 μm)下的光譜反射率、（f）太陽反射率和熱發射率。
圖4 耐候性測試：（a）經紫外光燈照射10天前后設計的薄的耐候性涂層和參照涂層的光譜反射率；（b）在灰塵污染下，用風和水對設計涂層進行簡單清洗；（c）泥土污染測試下的設計（上圖）和參考涂層（下圖）的光學圖像。
圖5 戶外冷卻和散熱性能測試：（a）戶外冷卻實驗裝置原理圖和（b）光學圖；（c）環境溫度以下和環境溫度以上實驗的樣品設置示意圖；（d）環境溫度以下實驗樣品及環境溫度變化和實驗時間段的太陽輻射強度；（e）環境溫度以上實驗樣品及環境溫度變化和實驗時間段的太陽輻射強度；（d）在1D和3D基底上實驗樣品及環境溫度變化和實驗時間段的太陽輻射強度。
END
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