[發(fā)明專利]提升超快激光薄膜性能的多參數(shù)綜合優(yōu)化膜系設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011317467.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN112327478B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王胭脂;張宇暉;賀洪波;陳瑞溢;王志皓;陳昌;許貝貝;朱曄新;晉云霞;邵宇川;易葵;邵建達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;G02B1/10
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種提升超快激光薄膜性能的多參數(shù)綜合優(yōu)化膜系設(shè)計(jì)方法，基于現(xiàn)有的局部?jī)?yōu)化算法和針式優(yōu)化算法，結(jié)合了局部?jī)?yōu)化算法的高效性和針式優(yōu)化算法的準(zhǔn)確性，提出了更適用于色散鏡設(shè)計(jì)的綜合優(yōu)化法。該方法交叉性的使用局部?jī)?yōu)化算法和針式優(yōu)化算法，并且通過(guò)薄層優(yōu)化和厚層優(yōu)化對(duì)評(píng)價(jià)函數(shù)產(chǎn)生擾動(dòng)，有效避免在自動(dòng)優(yōu)化過(guò)程中出現(xiàn)不符合實(shí)際制備工藝要求的膜層結(jié)構(gòu)。采用綜合優(yōu)化法能夠在要求波段內(nèi)設(shè)計(jì)出高反射、低色散振蕩的色散鏡，并且自動(dòng)消除極薄層和極厚層，極大的降低了膜層的制備難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超快激光薄膜領(lǐng)域，尤其涉及一種提升超快激光薄膜性能的多參數(shù)綜合優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

色散鏡須在指定寬度的光譜范圍內(nèi)提供持續(xù)的高反射率和光滑的色散曲線，為同時(shí)滿足這兩個(gè)要求，色散鏡的評(píng)價(jià)函數(shù)F通常定義為：

式中，i＝1，...，n是目標(biāo)值個(gè)數(shù)，R_target，GDD_target是波長(zhǎng)點(diǎn)處反射率和群延遲色散的目標(biāo)值，R_λi和GDD_λi是反射率和GDD優(yōu)化過(guò)程中波長(zhǎng)點(diǎn)出的實(shí)際值，v_i和w_i是對(duì)應(yīng)反射率和GDD的權(quán)重，k為power值。膜系設(shè)計(jì)軟件一般通過(guò)尋找該評(píng)價(jià)函數(shù)的最小值來(lái)確定設(shè)計(jì)是否滿足要求。

膜層厚度調(diào)制法能夠在色散鏡設(shè)計(jì)過(guò)程中提供一個(gè)比較好的初始結(jié)構(gòu)，但是相對(duì)于色散鏡的設(shè)計(jì)需求，初始結(jié)構(gòu)肯定是不能完全滿足，必須要通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效的優(yōu)化才能得到最終滿足設(shè)計(jì)需求的色散鏡結(jié)構(gòu)。優(yōu)化方法分為提煉法和合成法。提煉法又稱為局部?jī)?yōu)化算法，這種方法針對(duì)設(shè)計(jì)者提供的初始設(shè)計(jì)進(jìn)行膜層結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，但是該方法很容易在優(yōu)化過(guò)程中陷入局部最小值，即計(jì)算機(jī)認(rèn)為目前已經(jīng)達(dá)到最佳優(yōu)化效果，但是實(shí)際情況并沒(méi)有。合成法成為全局優(yōu)化算法，他不需要設(shè)計(jì)者給出初始膜系，能夠按照設(shè)定的條件自動(dòng)生成膜系，然后逐漸逼近設(shè)計(jì)目標(biāo)，這種方法是極為精準(zhǔn)的，針式優(yōu)化法是一種比較常見(jiàn)的全局優(yōu)化法，通過(guò)在優(yōu)化的多層膜中不斷插入新的薄層來(lái)降低評(píng)價(jià)函數(shù)，但隨著新的膜層的插入會(huì)使膜層厚度和膜層數(shù)量持續(xù)增加，最終的設(shè)計(jì)通常包含很多極薄層和極厚層，這些膜層對(duì)于制備工藝要求很高，這就大大增加了制備的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決超快激光薄膜設(shè)計(jì)過(guò)程中局部?jī)?yōu)化算法精準(zhǔn)度差，針式優(yōu)化算法效率低，最終膜系結(jié)構(gòu)不符合實(shí)際制備工藝要求的問(wèn)題，提出了更適用于色散鏡設(shè)計(jì)的綜合優(yōu)化法。該方法交叉性的使用局部?jī)?yōu)化算法、針式優(yōu)化算法，提高了薄膜設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度和效率，并且結(jié)合薄層優(yōu)化和厚層優(yōu)化，有效避免在自動(dòng)優(yōu)化過(guò)程中出現(xiàn)不符合實(shí)際制備要求的膜系結(jié)構(gòu)。采用綜合優(yōu)化法能夠在要求波段內(nèi)設(shè)計(jì)出高反射、低色散振蕩的色散鏡，并且自動(dòng)消除極薄層、極厚層，極大的提高了設(shè)計(jì)效率，降低了制備難度。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案如下：

1)輸入初始膜系結(jié)構(gòu)，首先用局域優(yōu)化算法進(jìn)行快速搜索。在優(yōu)化的過(guò)程中，反射帶合并形成一個(gè)連續(xù)的高反帶，同時(shí)GDD振蕩變小；

2)設(shè)定針式優(yōu)化算法終止參數(shù)。通過(guò)針式優(yōu)化算法在膜層內(nèi)部不斷插入薄層，進(jìn)一步的提高步驟1)的設(shè)計(jì)結(jié)果。當(dāng)優(yōu)化進(jìn)程中的設(shè)計(jì)不能近一步接近目標(biāo)值或是評(píng)價(jià)函數(shù)值不能進(jìn)一步降低時(shí)，終止針式優(yōu)化。由針式優(yōu)化得到的這個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果，使用局部?jī)?yōu)化方法和針式優(yōu)化方法聯(lián)合起來(lái)將極薄層合并；

3)由針式優(yōu)化得到的這個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果，使用局部?jī)?yōu)化方法進(jìn)一步優(yōu)化；

4)觀察由步驟3)得到的設(shè)計(jì)結(jié)果中是否存在薄層，若膜層的光學(xué)厚度大于小于則將此膜層的光學(xué)厚度修改為并此膜層設(shè)置為非優(yōu)化層，在后續(xù)的優(yōu)化過(guò)程中，此膜層不作優(yōu)化。若膜層的光學(xué)厚度小于則選擇刪除此膜層，并合并相同材料構(gòu)成的相鄰膜層；

5)由步驟4)得到的這個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果，使用局部?jī)?yōu)化方法進(jìn)一步優(yōu)化，若膜層中仍存在薄層，重復(fù)步驟4)，若膜層中不存在薄層，進(jìn)行步驟6)；