[科普中國]-薄膜程序庫

薄膜程序庫是指用于光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)和研究的程序庫，包含吸收與色散多層膜光學(xué)特性的計(jì)算程序、全介質(zhì)光學(xué)薄膜自動(dòng)設(shè)計(jì)程序、等效層模形參數(shù)計(jì)算與分析程序、膜層蒸發(fā)過程模擬分析程序、膜系特性參數(shù)誤差分析及鍍制監(jiān)控參數(shù)計(jì)算程序、并附有帶數(shù)值和不帶數(shù)值的繪圖程序1。

簡介程序庫是指于開發(fā)軟件的子程序集合，或指匯集在一起的經(jīng)常應(yīng)用的程序庫。和可執(zhí)行文件的區(qū)別是，程序庫不是獨(dú)立程序，他們是向其他程序提供服務(wù)的代碼。薄膜程序庫簡單來說是指薄膜設(shè)計(jì)和分析過程中經(jīng)常應(yīng)用的程序集合。薄膜程序庫能滿足光學(xué)鍍膜設(shè)計(jì)中的各種要求，也能對(duì)波分復(fù)用（WDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）濾波片進(jìn)行測評(píng)；它可以處理從超快光到顏色的各種性能參數(shù)；可以從頭開始設(shè)計(jì)也可以優(yōu)化已有的設(shè)計(jì)；可以勘測在設(shè)計(jì)中的誤差，也可以萃取設(shè)計(jì)用到的光學(xué)薄膜常數(shù)。

光學(xué)薄膜光學(xué)薄膜是一類重要的光學(xué)元件，它廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代光學(xué)、光電子學(xué)、光學(xué)工程以及其他相關(guān)的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。在光的傳輸、調(diào)制，光譜和能量的分割與合成以及光與其他能態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中起著不可替代的作用。光學(xué)薄膜最基本的功能是反射、減反射和光譜調(diào)控。依靠反射功能，它可以把光束按不同的要求折轉(zhuǎn)到空間各個(gè)方位；依靠減反射功能，它可以將光束在元件表面或界面的損耗減少到極致，完實(shí)現(xiàn)光學(xué)儀器和光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能；依靠它的光譜調(diào)控功能，實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)中的色度變換，獲得五彩繽紛的顏色世界。

光學(xué)薄膜的迅猛發(fā)展依賴于薄膜技術(shù)的迅猛發(fā)展。薄膜技術(shù)主要包括薄膜的制備技術(shù)、薄膜的控制技術(shù)和薄膜的測試分析技術(shù)。薄膜的制備技術(shù)就是把體材料變成薄膜態(tài)材料的技術(shù)，如何把相應(yīng)的薄膜材料按照特定的要求沉積為薄膜，對(duì)于高性能光學(xué)薄膜來說，無疑是最重要的。常用的制備技術(shù)是真空熱蒸發(fā)，最常用的蒸發(fā)手段是電阻蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)。這些年來，盡管光學(xué)薄膜制備技術(shù)得到長足發(fā)展，但是真空熱蒸發(fā)依然是最主要的沉積手段，當(dāng)然熱蒸發(fā)技術(shù)本身也隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展“與時(shí)俱進(jìn)”。在光學(xué)薄膜發(fā)展的過程中，各種先進(jìn)的薄膜制備技術(shù)不斷充實(shí)到光學(xué)薄膜制備的行列中來，其中包括離子束濺射技術(shù)，離子鍍技術(shù)，離子輔助沉積技術(shù)，磁控濺射技術(shù)，分子束外延技術(shù)，激光沉積技術(shù)，溶膠凝膠技術(shù)，化學(xué)氣相沉積技術(shù)，原子層沉積技術(shù)以及分子靜電自組裝技術(shù)等。

光學(xué)薄膜的控制技術(shù)是薄膜制備過程中沉積參數(shù)和薄膜基本性能的監(jiān)控技術(shù)，通過過程參數(shù)的監(jiān)控，可以保證所制備的光學(xué)薄膜符合設(shè)計(jì)要求。監(jiān)控參數(shù)越準(zhǔn)確、精度越高，光學(xué)薄膜器件的最終性能與設(shè)計(jì)性能越接近。

光學(xué)薄膜的測試，主要包括光學(xué)薄膜的器件性能和材料性能等幾個(gè)方面的內(nèi)容。通過測試，不僅可以給出元件的性能和質(zhì)量，作為它的質(zhì)量評(píng)價(jià)和應(yīng)用過程中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，通過薄膜宏觀與微觀、終態(tài)與中間過程的檢測，分析薄膜宏觀與微觀以及各個(gè)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，得到薄膜設(shè)計(jì)性能與實(shí)際性能和器件性能存在差別的內(nèi)在原因，為薄膜科學(xué)的發(fā)展和薄膜性能的改進(jìn)提供必要的依據(jù)。人們通常說，測試的精度有多高，元件的性能就有多好，可以形象地反映測試技術(shù)在光學(xué)薄膜研制過程中的重要性2。

提供功能輸入功能：菜單驅(qū)動(dòng)方式輸入光學(xué)薄膜結(jié)構(gòu)參數(shù)；全屏幕編輯輸入光學(xué)薄膜結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立數(shù)據(jù)文件。

計(jì)算分析功能：膜系反射比，透射比和反射相移的計(jì)算；多層膜內(nèi)電場強(qiáng)度分布的計(jì)算。膜系監(jiān)控折射率誤差計(jì)算機(jī)模擬的計(jì)算。膜系在極值法或定值法監(jiān)控下膜厚誤差計(jì)算機(jī)模擬的計(jì)算。

優(yōu)化設(shè)計(jì)功能：五種評(píng)價(jià)函數(shù):平方型、平坦型、容差型、絕對(duì)值型和用于消偏振的評(píng)價(jià)函數(shù)。單純形法對(duì)薄膜折射率或膜厚的優(yōu)化。阻尼最小二乘法對(duì)薄膜厚度的優(yōu)化。統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法對(duì)薄膜折射率或膜厚的優(yōu)化。

光學(xué)薄膜數(shù)據(jù)庫功能：修改數(shù)據(jù)、薄膜材料的查詢、光學(xué)玻璃材料的查詢、典型膜系的查詢、增補(bǔ)參數(shù)、刪除參數(shù)以及打印參數(shù)。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王慧維 - 副研究員 - 西南大學(xué)