基于传输矩阵法的多层光学薄膜特性仿真分析开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

自测量技术及材料科技快速发展以来,光学薄膜广泛应用于多个领域,随着信息化社会的逐渐形成,光学薄膜技术日趋成熟,其应用于干涉型滤光片、增益平坦器以及色散补偿器等光学器件中,对于达到光纤通信网络带宽和容量的高要求起到了相当重要的作用。而薄膜光学研究也随之应运而生,所谓的薄膜光学研究,就是根据具体的目的,基于光的干涉原理,分析膜层在光的反射、透射后偏振状态及能量等方面的作用,从而对相关内容进行优化设计。

一般的光学薄膜设计是交错地镀上高折射率和低折射率的介质,不同的折射率差以及膜层数会导致薄膜对光的作用大相径庭。一种情况下反射特性显著,另一种情况则是透射特性更加显著。所以在设计的过程中需要对光学薄膜的相关特性进行分析。而光学薄膜最为直观的光学分析数据便是振幅反射系数或是透射系数。分析光学薄膜特性,最为传统的方法是递推法,将薄膜等效为一个界面,从简单的单层膜出发,逐步推导至多层膜。多层膜的递推法首先是从与基底相邻的薄膜开始计算,根据各层介质的折射率以及产生的相位差逐次迭代,得到相关的透射或是反射系数。而随着技术的进步,1952年l.i.epstein提出了等效折射率的概念,提出了单层膜的特征矩阵,随后矩阵分析法逐渐成为了分析光学薄膜的主要方法。特征矩阵法通过矩阵来表征单层介质的光学性质,通过矩阵相乘来逐步推导多层膜的表达式,最终来分析光学薄膜的光学性质。但是,使用特征矩阵法却无法解决电磁波通过单个介质或是单个界面时相关问题的分析,为解决这个问题,近年来提出的传输矩阵法能够将其完善。

所以本次研究课题的目的和意义在于通过传输矩阵法来推导出多层膜的反射率,并通过分析其光学性质来设计一个适合光通信的系统,更加深入地了解各种光学薄膜的性质以及应用。

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2. 研究的基本内容与方案

设计的基本内容和目标

本次设计拟采用传输矩阵法来推导光学薄膜反射率的计算公式。传输矩阵作为能够反映光在多层膜结构中传输的一维模型。通过单层膜的矩阵逐步推导出多层膜的矩阵,并得出光学薄膜的反射率计算公式。所以本次设计包含两部分内容,首先是采用传输矩阵法推导出光学薄膜的反射率公式并通过matlab来对常见的光学薄膜系统进行仿真。第二部分内容则是根据仿真结果,设计一种能够应用于光通信的光学薄膜系统。

技术方案及措施

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需资料。调研光学薄膜的国内外研究现状,完成开题报告。

第4-8周:熟悉光学薄膜特性的常用分析方法,利用传输矩阵法推导光学薄膜反射率计算公式。

第9-13周:利用matlab编写程序,仿真计算多层膜系统,设计一种用于光通信波段的光学薄膜系统。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]张援.相干光多层膜系的递推法[j].重庆教育学院学报,2003,06:24-25.

[2]epstein l i . the design of optical filters[j]. j.opt.soc.am, 1952, 42(11):806-808.

[3]连松友,余云鹏,林瞬辉,等.光学增透和增反多层膜的设计和计算[j].材料科学,2017,7(1):78-87.

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