【正文】 第三部分 TFCalc優(yōu)化指南 Introduction(介紹 ) Optimization Targets（優(yōu)化目標(biāo)） Broadband Designs（寬帶膜系） HighReflectance(LowTransmittance) Designs（高反膜系） Controlling Endpoint Behavior（控制端點(diǎn)） MultiBand Designs（多帶膜系） Better:More Targets（更多目標(biāo)） Inequality Targets不等式目標(biāo) Multiple Targets（多個(gè)目標(biāo)） Color Targets（顏色目標(biāo)） Derivative Targets（派生目標(biāo)） Global Optimization（全局優(yōu)化） Starting Designs（開始設(shè)計(jì)） Best Desings（最佳設(shè)計(jì)） Other Local Minimums其他局部最小值 Needle Optimization針優(yōu)化方法 Tumeling Method隧道優(yōu)化方法 Local Optimization Parameters拒不優(yōu)化參數(shù) Optimizing Sensitivity優(yōu)化靈敏度 Goto Next Section Goto above section 介紹 這部分的目的是幫助你生成最好的膜系。因?yàn)槭褂?TFCalc的用戶的水平不平均，從新手到專家。所以這部分所提供的信息范圍從適合新手到高手。 在幾乎所有的情況下，實(shí)際的膜系設(shè)計(jì)都要用到優(yōu)化，這是因 為理想條件（沒有色散、沒有吸收的材料、垂直入射、平均偏振等）是不存在的。 了解優(yōu)化過程的一個(gè)好的方法就是將它看成是一個(gè)控制問題；優(yōu)化方法企圖通過下列方法控制薄膜的輸出： (1) 收集不同優(yōu)化目標(biāo)下的信息 (2) 使用這些信息調(diào)整膜系的膜厚和 /或折射率。 所有的設(shè)計(jì)開始都是治標(biāo)或需求，有時(shí)候，指標(biāo)是非常明顯的。設(shè)計(jì)者的工作就是將這些指標(biāo)值翻譯成 TFCalc能夠使用的輸入值，以下是薄膜膜系物理模型所描述的輸入： ? 優(yōu)化目標(biāo) ? 基底入射和出射介質(zhì) ? 使用的 膜料 ? 層數(shù) ? 光源 ? 探測(cè)器 用戶必須指定的優(yōu)化參數(shù) ? 全局 優(yōu)化 global optimization ? needle/tunneling優(yōu)化 ? 局部 優(yōu)化方法 ? 重復(fù)次數(shù) ? 評(píng)價(jià)函數(shù)（ merit function） ? 公差 本部分將討論所有這些問題。 優(yōu)化目標(biāo)（ Optimization Targets） TFCalc接受不同的目標(biāo)類型： ? 反射率； ? 透射率； ? 吸收系數(shù)； ? 光強(qiáng)； ? 反射后相位變化； ? 透射后相位變化； ? Psi； ? 上面量的 1級(jí)、 2級(jí)、 3級(jí)偏差（與波長(zhǎng)或波數(shù)有關(guān) )； ? 顏色 ? 光源 對(duì)于顏色和光源目標(biāo)，波長(zhǎng)范圍是從 380 到 780 nm，對(duì)伊所有其他的目標(biāo)類型，設(shè)計(jì)者必須給出目標(biāo)的波長(zhǎng)，此外，設(shè)計(jì)者必須指定下列目標(biāo)的其它波長(zhǎng)： ? 入射角 ? 偏振 ? 目標(biāo)值 ? 公差 下面我們將詳細(xì)解釋。 寬帶設(shè)計(jì)（ Broadband Designs）： 工作在較寬的波長(zhǎng)范圍，優(yōu)化目標(biāo)應(yīng)該是與波長(zhǎng)或波數(shù)的 ，這是因?yàn)椋?(1)光譜曲線與波數(shù)的特征（最大值和最小值）和 (2)優(yōu)化方法需要膜系工作的整個(gè)光譜范圍內(nèi)精確的信息。這就是通常的規(guī)律： 優(yōu)化方法僅僅按照目標(biāo)要求（波長(zhǎng)范圍、角度和偏振等）控制薄膜膜系。 下面的圖顯示了輻射分布于波數(shù)的關(guān)系特征，上面圖水平軸是波長(zhǎng) (nm)；底圖顯示相同的曲線，但水平軸是波數(shù) (1/cm)。 HighReflectance (LowTransmittance) Designs, 如果在寬帶范圍保持高反射率，使用介質(zhì)膜料是很困難的。有 2種方法： (1)使用一系列四分之一膜堆 (見 TFCalc舉例部分 )或 (2)使用優(yōu)化找到非四分之一波長(zhǎng)設(shè)計(jì)。 這類膜系需要大量的膜層，因此膜系也更復(fù)雜。對(duì)于高反射率膜系，有許多的目標(biāo)是非常重要的。 為了看高反射率或透射率膜系的行為，最好是觀察其光學(xué)強(qiáng)度，使用 dB。在設(shè)計(jì)中，光線強(qiáng)度是一個(gè)重要的因素，因此 使用強(qiáng)度目標(biāo)是非常靈敏的。例如，使用目標(biāo)不等式 3表示透射率應(yīng)該小于 %。 隨著層數(shù)的增加，目標(biāo)數(shù)也將必須增加，才能控制更復(fù)雜的膜系。 控制端點(diǎn)行為（ Controlling Endpoint Behavior）： 相當(dāng)普遍，波長(zhǎng)端點(diǎn)的膜系行為需要改善。以下考慮減反射膜系圖 。 注意，端點(diǎn)的反射率顯著增加，這個(gè)問題可以通過修改端點(diǎn)公差來解決，也就是說，如果所有目標(biāo)的公差是 ，那么將端點(diǎn)公差設(shè)為 ，然后重新優(yōu)化，則端點(diǎn)性能大大改善，下面的圖顯示其改善后的波形。 注意，在其它光譜段反射率稍微增加了。通過這個(gè)例子，我們得出一個(gè)規(guī)律： 如果膜系在優(yōu)化后，行為需要改善，則應(yīng)減小目標(biāo)的公差。 多帶膜系設(shè)計(jì)（ MultiBand Designs）： 有時(shí)候需要 2個(gè)或多個(gè)（也許不相鄰）光譜帶，許多傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)均屬于這一類問題，如帶通濾波器、邊緣濾波器、陷波濾波器。也包括許多新的膜系：多帶減反射、多帶帶通濾波器 、多帶帶通和多帶介質(zhì)濾波器。這些膜系設(shè)計(jì)比僅有一個(gè)光譜范 圍的更困難。 多帶設(shè)計(jì)中的一個(gè)共同的問題是，一個(gè)或多個(gè)帶的性能不滿足目標(biāo)的要求。通常，可以使用不平衡目標(biāo)來找到這個(gè)問題 。如果一個(gè)帶有 100個(gè)目標(biāo)，并且另一個(gè)帶有 10個(gè)目標(biāo) (并且公差是相同的 )，那么對(duì)于第 1個(gè)帶，優(yōu)化方法非常好，另一個(gè)因素是每個(gè)帶的尺寸（多少波數(shù)寬），帶寬越寬需要的目標(biāo)就越多。如果用 Wi表示第 i個(gè)目標(biāo)的公差， Nj表示第 j個(gè)帶的寬度（波數(shù)），則如果對(duì)于每個(gè)帶均有： 則目標(biāo)是平衡的（式中對(duì)第 j個(gè)帶所有的目標(biāo)求和）。 這個(gè)分析不考慮薄膜的物理性質(zhì)。可能有物理原因，為什么一個(gè)帶比另一個(gè)帶更難控制。我們總結(jié)了如下規(guī)則： 較好：更多的目標(biāo)（ Better: More Targets）： 當(dāng)有疑問是，最好使用更多的目 標(biāo)。這是因?yàn)槟繕?biāo)數(shù)多： (1)給優(yōu)化方法提供更多的信息； (2)評(píng)價(jià)函數(shù)變得非常光滑，將加速優(yōu)化過程； (3) it is less likely that the 優(yōu)化方法很少能快速地達(dá)到局部最小值， (4)好的設(shè)計(jì)將自動(dòng)找到。目標(biāo)越多，消耗的時(shí)間就越長(zhǎng)，占用更多的計(jì)算機(jī)內(nèi)存。 Inequality Targets： 在許多情況下，不等式目標(biāo)是很有用的，例如 ： (1) 一個(gè) AR膜系，在 380nm780nm波段反射率 1% from 380 to 780 nm； (2) 彩色濾波器 (x,y)顏色可能是(2177。, 3177。)，它可以處理為四個(gè)不等號(hào)； (3) 分光片膜系反射率 50177。1%。