膜系設計
關注創建者：任森 創建時間：2015-08-18
膜系設計的實例教程
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。
摘要
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。
應用場景
展開 基于計算機輔助的光學薄膜優化設計方法
金揚利，馬勉軍，陳壽，王濟洲，蘭州物理研究所
摘要：概述了光學薄膜優化設計的發展和原理，介紹了當前光學薄膜優化設計中集中常用方法，預測了優化設計方法的趨勢。
關鍵詞：光學薄膜，優化設計，計算機輔助
論文簡介
1.引言：光學薄膜作為一門學科，已經走上百年的路程。如今，光學薄膜在光學、激光、航天等領域都得到了廣泛的應用。隨著新的精密光學儀器的不斷涌現，對鍍膜光學元件的光譜性能要求也越來越高，常規解析法設計的光學薄膜膜系結構已不能完全滿足使用要求。
計算機技術的飛速發展為數值方法應用于光學薄膜設計提供了便利，如今，基于計算機輔助的光學 薄膜優化設計已經成為一種廣泛應用的膜系設計方法。
2.光學薄膜優化設計的發展
3.光學薄膜優化設計的原理和評價函數
3.1光學薄膜優化設計的原理
3.2評價函數
4 幾種常用的光學薄膜優化設計方法
4.1 單純形法
4.2 模擬退火法
4.3 針形法
4.4 遺傳算法
4.5優化方法的改進
5 總結和發展趨勢
基于計算機輔助的光學薄膜優化設計方法.pdf
展開 摘要
在本應用案例中，通過選用成熟的初始結構并對其厚度進行進一步優化，設計出一種基于硫系玻璃的長波紅外減反射膜。
應用場景
設計一個可見光減反射膜，通過優化初始結構的厚度，目標是在可見光范圍內0°入射條件下實現平均反射率低于0.5%。
設計結果
設計結果如圖所示，在長波紅外范圍內0°入射時平均反射率低于1%，滿足設計要求。
設計流程
在膜系設計中，所選材料需在工作波段內具有良好的透光性。對于 8–12?μm 的紅外波段，常用的膜層材料包括 Ge、ZnS、ZnSe 和 YbF?。綜合性能與可實現性，我們最終選用了 Ge、ZnS 和 YbF? 三種材料作為膜系組成。初始膜系結構為：Air | M L M H M H M H M |硫系玻璃。
硫系玻璃因其優異的消色差和消熱差性能，常被廣泛應用于紅外光學系統中。由于該材料尚未包含在軟件的資源庫中，用戶需自行導入相關材料數據以供使用。
關于材料導入的更多信息: Tutorial : 材料導入
使用公式工具構建了上述膜系作為基礎結構，右圖展示了其在波長8000-12000 nm范圍內0°入射時的光譜。可以看出此時的反射率不達標
關于材料導入的更多信息: Tutorial 02: Formula Tool
采用 trf 算法對各層厚度進行優化，目標是在 8000-12000 nm 波長范圍內、0° 入射時最小化反射率。
關于優化的更多信息: Tutorial 01: Optimization Workflow
通過優化，最終獲得了滿足設計要求的膜層結構。
展開 通過適當調整靠近空氣三層的膜厚，可將強電場峰值轉移至低折射率膜層，從而來提高整體薄膜的抗激光損傷閾值。
再次查看調整后膜系的光譜，在 1064nm ± 20nm 帶寬范圍內，平均反射率達 99.52%，仍然滿足設計指標。證明了當前設計不僅滿足高反射率要求，還提高了薄膜的整體激光損傷閾值。
GDF方案中玻璃與炫光膜貼合的工藝則有良品率高、成本低、設計靈活的優點，成為目前主流的玻璃裝飾方式。
炫光膜加工工藝及結構
UV轉印：利用UV轉印膠水與金屬不粘的特性，通過模具在基材上做出紋理效果。
PVD：在真空條件下，在基材的紋理側沉積亮度和顏色。
絲印：把油墨印刷到基材紋理側的表面并固化，使得圖案更加牢固，經久耐用。
模切：將基膜裁切成3D玻璃相應的形狀和大小，得到相應的炫光膜。
圖片來源：華為官網，新材料在線?整理
炫光膜將3D光學納米紋理，PVD，蓋底顏色都在PET基膜上做好，然后采用專用的治具通過加熱吸真空的方式與3D玻璃貼合。既可以滿足金屬顏色的質感，還可以實現各種3D納米紋理與PVD的搭配，真正實現智能手機3D蓋板的內涵。
炫光膜應用難點
目前，炫光膜應用的難點主要有：紋理設計復雜、配套設備成本偏高、與3D玻璃貼合困難，具體如下表所示。
展望后續市場景況，隨著市場標準化的膜系設計開始普及，貼合加工工藝也將快速標準化，可以使得炫光膜行業在模具和設備上的費用都會有較大幅度的下降，之前在該領域有深度布局的廠商也將明顯受益。
炫光膜產業鏈全景圖及市場規模
隨著3D玻璃成本的不斷下降，其在智能手機的滲透率隨之提高。
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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。
摘要
1064nm是Nd : YAG激光器常用的光譜線。
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。
摘要
在本案例中，選用常規的對稱周期膜系作為初始設計，并通過優化膜層厚度，成功設計出一種通帶為 400–650 nm、截止帶為 676–820 nm 的短波通濾光膜。
應用場景
通過優化初始結構的厚度，目標是在0°入射時，400-650 nm通過，平均透射率>99% 。676-820nm截止，平均光密度>2.0。
在本應用案例中，選用常規的對稱周期膜系作為初始設計，并通過優化膜層厚度，成功設計出一種截止波長為 400–490 nm、通帶為 515–1100 nm 的長波通濾光片。
在本案例中，選用常規的對稱周期膜系作為初始設計，并通過優化膜層厚度，成功設計出一種通帶為 400–650 nm、截止帶為 676–820 nm 的短波通濾光膜。
設計流程
在膜系設計中，所選材料需在工作波段內具有良好的透光性。對于 8–12?μm 的紅外波段，常用的膜層材料包括 Ge、ZnS、ZnSe 和 YbF?。綜合性能與可實現性，我們最終選用了 Ge、ZnS 和 YbF? 三種材料作為膜系組成。初始膜系結構為：Air | M L M H M H M H M |硫系玻璃。
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課程特色及內容
本課程深入淺出地講解光學薄膜基本原理，介紹多種膜系的設計與優化方法
展望后續市場景況，隨著市場標準化的膜系設計開始普及，貼合加工工藝也將快速標準化，可以使得炫光膜行業在模具和設備上的費用都會有較大幅度的下降，之前在該領域有深度布局的廠商也將明顯受益。
隨著新的精密光學儀器的不斷涌現，對鍍膜光學元件的光譜性能要求也越來越高，常規解析法設計的光學薄膜膜系結構已不能完全滿足使用要求。
計算機技術的飛速發展為數值方法應用于光學薄膜設計提供了便利，如今，基于計算機輔助的光學 薄膜優化設計已經成為一種廣泛應用的膜系設計方法。
