一种多层结构建库方法与流程

本发明涉及光学薄膜领域，更具体地，涉及一种多层结构建库方法。

背景技术：

1、在现代光学和材料科学领域，多层薄膜系统的设计与分析具有重要意义。其广泛应用于光学镀膜、半导体制造、生物传感器和其他高科技领域。传统的多层薄膜系统分析，作为光学工程和物理研究中的一个重要分支，长期以来一直依赖于两种经典且强大的理论工具：传输矩阵法(transfer matrix method,tmm)与菲涅耳公式(fresnel equations)。这两种方法因其理论严谨性和计算精确性，在分析光线在多层介质结构中的反射、透射及其相位变化等方面发挥了不可替代的作用。这些方法在光学设计、薄膜沉积工艺优化、光电器件开发等领域扮演着关键角色。虽然在计算光线在多层介质结构中的反射、透射及相位变化等方面表现出色，但其计算密集的特点在处理复杂系统设计或大规模参数优化任务时，效率显著降低。

2、当光线从空气这样的自由空间入射到多层薄膜系统的第一层时，每一步计算都要求从头开始构建传输矩阵，这是因为入射条件的改变(比如角度、波长的不同)直接影响了光在界面的反射和透射特性。这意味着，即使是在细微的参数调整或扫描范围内，每一次调整都引起一个全新的计算流程，从最初的菲涅耳公式出发，计算每层的反射和透射系数，进而构造该层的传输矩阵，直到整个系统的所有传输矩阵串联计算完成。这种逐层累加的计算逻辑虽然确保了高度的精确性，但也造成了计算资源的极大消耗。

3、因此，尽管传统方法保证了计算结果的高精度，它们在面对复杂系统设计或大规模参数优化任务时，计算效率问题日益凸显。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种多层结构建库方法，通过减少重复计算，提高计算效率，从而更高效地分析多层薄膜系统中的光传播特性。

2、本发明提供了一种多层结构建库方法，包括：

3、步骤s1，计算当前波长下，当前层材料在当前厚度下的传输矩阵；

4、步骤s2，若当前层材料的当前厚度序号a4＜当前层材料的厚度网格点数，则a4＝a4+1，执行步骤s1；若a4＝当前层材料的厚度网格点数，则执行步骤s3；

5、步骤s3，若当前层数序号a3＜总层数，则a3＝a3+1，执行步骤s1；若当前层数序号a3＝总层数，则执行步骤s4；

6、步骤s4，将当前波长下，每一层材料在每一个厚度下的传输矩阵保存在矩阵库中，执行步骤s5；

7、步骤s5，获取多层薄膜结构的多层材料的厚度组合总数，即为厚度组合总网格点数，执行步骤s6；

8、步骤s6，当计算当前波长下的当前厚度组合下的传输矩阵时，从所述矩阵库中找到当前厚度组合对应的每一层材料在相应厚度下的传输矩阵，将每一层材料的传输矩阵相乘得到当前厚度组合下的传输矩阵，执行步骤s7；

9、步骤s7，若当前厚度组合序号a1＜厚度组合总网格点数，则a1＝a1+1；若当前厚度组合序号a1＝厚度组合总网格点数，则执行步骤s8；

10、步骤s8，若当前波数a2＜总波数，则a2＝a2+1，执行步骤s1；若当前波数a2＝总波数，则执行步骤s9；

11、步骤s9，获取每一个波长下，每一个厚度组合的多层薄膜结构的传输矩阵，执行步骤s10；

12、步骤s10，根据每一个波长下，每一个厚度组合的多层薄膜结构的传输矩阵，计算相应的理论反射率，执行步骤s11；

13、步骤s11，建立多层薄膜结构的每一个波长下的每一种厚度组合与理论反射率的对应关系，构成仿真光谱库。

14、本发明提供的一种多层结构建库方法，先计算每一个波长下，每一层材料在每一个可能厚度下的传输矩阵，并将其保存，当计算所有层材料的所有厚度组合下的传输矩阵时，可以提取预先保存的每一层材料在每一个可能厚度下的传输矩阵，直接做相乘运算即可得到每一种厚度组合下的传输矩阵，而无需重复计算每一层材料在每一个可能厚度下的传输矩阵，而计算传输矩阵的工作量比较大，故此，采用本发明方法可以提高多层薄膜结构的光谱库构建效率。

技术特征：

1.一种多层结构建库方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多层结构建库方法，其特征在于，所述步骤s1之前，还包括：

3.根据权利要求2所述的多层结构建库方法，其特征在于，所述定义每层材料的可能厚度数量nk，包括：

4.根据权利要求1所述的多层结构建库方法，其特征在于，所述步骤s1，计算当前波长下，当前层材料在当前厚度下的传输矩阵，包括：

5.根据权利要求1所述的多层结构建库方法，其特征在于，所述步骤s6，当计算当前波长下的当前厚度组合下的传输矩阵时，从所述矩阵库中找到当前厚度组合对应的每一层材料在相应厚度下的传输矩阵，将每一层材料的传输矩阵相乘得到当前厚度组合下的传输矩阵，执行步骤s7，包括：

6.根据权利要求1所述的多层结构建库方法，其特征在于，所述步骤s10，根据每一个波长下，每一个厚度组合的多层薄膜结构的传输矩阵，计算相应的理论反射率，包括：

7.根据权利要求6所述的多层结构建库方法，其特征在于，所述入射矩阵的表达式为：

8.根据权利要求6所述的多层结构建库方法，其特征在于，所述根据多层薄膜结构的入射矩阵、传输矩阵和出射矩阵，计算多层薄膜结构的总传输矩阵，包括：

9.根据权利要求6所述的多层结构建库方法，其特征在于，所述根据多层薄膜结构的总传输矩阵，计算理论反射率，包括：

技术总结
本发明提供一种多层结构建库方法，先计算每一层材料的每一种厚度的传输矩阵，并存储在矩阵库中，当在计算多层材料的厚度组合时，可以取出事先保存的每一层材料的每一种厚度的传输矩阵，进行相乘得到每一种厚度组合的传输矩阵，最后再根据每一种厚度组合的传输矩阵，计算对应的光学理论反射率，针对每一种厚度组合，不用再重复计算每一层材料的每一种厚度的传输矩阵，直接从矩阵库中取出传输矩阵进行简单的相乘操作即可，提高了多层结构的建库效率。

技术研发人员：郭春付,张成浩,李伟奇
受保护的技术使用者：武汉颐思谱科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18