透射光谱法测量光栅参数的研究与全抗反射膜的设计

摘要

抗反射膜主要用在材料表面减少对光的吸收，目前主要有多层抗反射膜及亚波长光栅抗反射膜两类，但它们均存在制作工艺复杂，适用波长单一，入射角范围小，普适性差等缺点，大大限制了它们的应用，增加抗反膜的应用成本。基于此，我们利用等效介质理论及优化设计思想从理论上设计了出一种适用于宽角度宽波长的双材料嵌套全抗反射膜。　　本论文的主要工作：利用傅立叶模式理论得出几种光栅的透射光谱图，通过加高斯噪声来模拟实验中的测量光谱图，根据评价函数，选择出合适的反演算法，确定出参数的范围，搜出待测参数的值；提出用衍射正负一级的比值代替单一级次来反演光栅参数，进一步减弱对光栅本身误差的敏感度。从理论上首先设计了一种适用于整个可见光与0-80°入射角范围的多层全抗反射膜；然后结合实际提出了用嵌套结构来代替每层薄膜的思想，并利用优化算法改进和提高了这种嵌套结构全抗反射膜的有效性。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

§1.1衍射光学元件进展

§1.2严格矢量理论

§1.3光栅参数测量方法

§1.4优化设计及其在一种抗反射膜设计上的应用

§1.5本论文主要内容

参考文献

第二章电磁场理论和傅立叶模式理论

§2.1电磁场基本规律

§2.1.1电磁场的基本方程

§2.1.2时谐电磁场方程

§2.1.3亥姆霍兹方程

§2.1.4电磁场的决定性分量数

§2.1.5平面电磁波

§2.1.6电磁场的唯一性定理及其作用

§2.2基于傅立叶模式理论的光栅衍射效率的推导

§2.2.1光栅模型

§2.2.2傅立叶模式理论

§2.2.3非光栅层(单一均匀介质层)中的本征模式场和本征值

§2.2.4光栅层中的本征模式场和本征值

§2.2.5 RTCM递推算法，反射率与透射率

§2.3用RTCM递推算法计算多层薄膜的透射率

§2.3.1 s波的反射和透射

§2.3.2p波的反射和透射

§2.3.3反射率和透射率

§2.4小结

参考文献

第三章优化设计

§3.1优化设计发展概况

§3.2优化设计的数学模型

§3.2.1设计变量

§3.2.2目标函数

§3.2.3约束函数

§3.2.4优化设计分类

§3.3优化算法简介

§3.3.1正单纯形法

§3.3.2遗传算法

§3.3.3神经网络优化算法与模拟退火算法

§3.3.4混沌优化算法

§3.4小结

参考文献

第四章亚波长光栅参数测量

§4.1理论模拟光栅模型

§4.2用透射光谱法模拟测量光栅参数的原理

§4.2.1傅立叶模式理论与反射透射系数算法(RTCM)

§4.2.2评价函数

§4.3各种光栅的透射光谱图

§4.4数值计算

§4.4.1评价函数随各个参数的误差的变化情况

§4.4.2反演结果

§4.5实验上的探索

§4.5.1实验装置与光栅模型

§4.5.2光栅正负一级能量之比

§4.5.3实验结果

§4.6小结

参考文献

第五章全抗反射膜的设计

§5.1抗反射膜的基本类型

§5.2基本设计方法

§5.2.1宽角度抗反射膜设计中存在的困难

§5.2.2折射率渐变的多层抗反射膜

§5.3双材料嵌套全抗反射膜的设计

§5.4小结

参考文献

第六章总结

致谢

附录：攻读硕士期间发表的论文

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