几种光学器件的模拟仿真和优化设计研究

摘要

光学器件作为光电子产业的基石，具有非常重要的地位。随着科学技术的发展，特别是在光通信与信息显示技术的牵引下，对于研制各种类型的光学器件提出了更新、更高的要求，传统的光学器件设计技术也面临着严峻的考验。近年来，计算机技术的快速发展，为光学器件的模拟仿真与优化设计提供了有力的硬件条件。如何利用计算机对光学器件进行建模和仿真、对薄膜的性能进行估算，对薄膜结构进行设计优化等，都是关系到光学产业发展的重要问题。
　　本论文主要进行了光学器件的模拟仿真和优化设计的相关研究，利用C＃开发了一种基于偏振光学器件的虚拟光学加密系统，验证了计算机与光学相结合的重要性和可操作性;利用C＃调用Fortran库并结合多种控件编程技术实现了一款光学设计与优化软件，以实现对光学薄膜的设计和优化，并能分析薄膜特性从而对实际生产进行前瞻性指导;针对本文工作的软件实现，开发了一种改进的系统框架——MVCF，既实现了松散耦合设计模式，又能提高科学计算的运算速度;为了将结果更好的展示给设计人员，开发了3D点云成面技术，便于设计人员发现规律，指导设计。
　　论文涉及的关键技术研究包括:虚拟光学加密;光学薄膜的各种基本特性的计算（透射率、反射率、相移、电场分布、磁场分布、等效位相厚度等）;光学器件的建模仿真;文本、2D和3D多种结果展示;点云除噪和点云空洞插值等3D点云成面技术;利用多种优化算法如针法、遗传算法等算法优化已有膜系，以及利用松散耦合的MVCF框架实现系统的模块化开发。
　　利用本文研究的几项相关技术，模拟了基于偏振光学器件的加密系统，结果表明，所提出的加密系统安全性较高、抗攻击性强;模拟仿真及优化设计了几种光学薄膜器件，获得比较理想的结果，并与相关文献的结果一致。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 偏振光学器件加密的研究概况

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究现状

1．1．3 研究意义

1．2 光学薄膜器件模拟仿真和优化设计的研究概况

1．2．1 研究背景

1．2．2 研究现状

1．2．3 研究意义

1．3 本文工作

第二章 基于偏振光学器件的虚拟光学加密系统

2．1 引言

2．2 理论和系统设计

2．2．1 法拉第效应

2．2．2 混沌理论

2．2．3 虚拟光学系统

2．3 加密和解密算法

2．3．1 加密算法

2．3．2 解密算法

2．4 实验结果

2．5 可靠性分析

2．5．1 加密空间分析

2．5．2 传输方式分析

2．5．3 直方图分析

2．6 总结

第三章 光学薄膜器件的特性计算与优化算法

3．1 光学薄膜特性计算

3．1．1 概述

3．1．2 光在介质边界的反射与折射

3．1．3 光在介质内传播

3．1．4 光学薄膜特性计算方法

3．1．5 计算实例

3．2 光学薄膜优化算法

3．2．1 概述

3．2．2 针式算法

3．2．3 单纯形法

3．2．4 多维搜索优化算法

3．3 薄膜仿真优化算法可信度分析

3．4 总结

第四章 3D点云成面技术

4．1 概述

4．2 点云除噪技术

4．3 点云空洞插值技术

4．4 实践效果

4．5 总结

第五章 系统架构和程序结构

5．1 系统架构概述

5．2 程序结构

5．3 总结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间学术成果

致谢

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