光学薄膜设计：负滤光片组合与自动优化

"光学薄膜的自动设计通过负滤光片的组合来实现复杂光谱曲线的光学薄膜合成。设计过程中，为了解决负滤光片间的多次反射导致的光谱曲线畸变问题，会在负滤光片之间插入匹配层，并利用统计试验方法选择合适的膜层参数。最终，通过阻尼最小二乘法精确调整所有或部分膜层的厚度，确保设计曲线符合预期目标。文章举例展示了彩色电视摄影机的W分光膜、可见区三角形滤光片、宽带中性分光膜和宽带反射膜的设计应用。" 光学薄膜设计是一项旨在确定薄膜层数、每层厚度和折射率，以实现特定光谱特性的任务。由于薄膜的光谱特性与参数之间的关系是非线性的多元函数，因此在电子计算机广泛应用之前，复杂薄膜设计几乎是不可能的。随着计算机技术的发展，出现了多种自动设计方法，其中最常见的是优化法。优化法通过构建评估函数并寻找其极小值来确定薄膜参数，但这种方法可能只找到局部极值，而并非全局最优解。 为了克服优化法的局限，郑权提出的统计试验法基于随机搜索策略，理论上可以找到全局最优解。然而，这种方法在处理复杂光谱曲线、宽波段和大量参数时，找到全局最优解的概率较低，且可能错过一些优秀设计方案。 本文提出的方法是基于负滤光片的组合，通过在负滤光片之间插入匹配层来减少多次反射的影响。首先，使用统计试验法初步确定匹配层的参数，形成初步的膜系结构。随后，利用阻尼最小二乘法对整个膜系的厚度进行精细化调整，以确保设计出的光谱特性与预设目标一致。这种方法在处理复杂光学薄膜设计时更为有效。 文章给出了几个具体的设计实例，包括彩色电视摄影机的W分光膜，这种膜用于分离不同颜色的光，确保图像的色彩准确性；可见区三角形滤光片，它可能用于筛选特定波长范围的光，如在光学仪器中；宽带中性分光膜，这类膜可以允许光的宽波段透过，同时保持光谱特性的一致性；以及宽带反射膜，通常用于镜面或光学涂层，反射特定波长范围的光。 该设计方法结合了负滤光片、匹配层和先进的优化算法，提供了一种更高效、适应性强的光学薄膜设计策略，尤其适用于处理具有复杂光谱特性的薄膜设计挑战。