薄膜光学常数的改进粒子群反演算法

发布时间：2024-03-06 22:07

　　针对聚酰亚胺薄膜的光学常数进行反演计算,在传统粒子群算法的基础上引入模拟退火算法改进优化。基于改进后的算法由薄膜透射率测量数据反演求解薄膜在波长为450～2 500 nm的折射率和消光系数。针对求解波长范围大、薄膜透射率数值变化剧烈的特点,采用基于透射率数值的分段方法并以平衡评价函数作为优化指标。根据菲涅尔方程使用反演计算得到的光学常数恢复出薄膜透射率的理论值,与实验测量值作对比。结果表明,相比传统算法,改进粒子群算法恢复出的计算透射率与测量值更加接近,具有更好的优化性能。

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【部分图文】：

图1厚度为d的薄膜在介质中光路示意图

传输矩阵法是依据菲涅尔方程,由消光系数和折射率求解薄膜透射率和反射率的方法[12]。厚度为d的薄膜在介质中光路示意图如图1所示。图1中,在折射率为n0的均匀介质中,波长为λ的光以θ0的入射角入射厚度为d、复折射率为n-ik的弱吸收均匀薄膜的特征矩阵为

图2反演求解薄膜光学常数流程

根据薄膜的透射率曲线反演计算折射率和消光系数的基本流程,如图2所示。评价函数是衡量解是否达到预期要求的指标。评价函数的合适与否直接关系到解的好坏。优化算法的最终目标是得到接近于真实光学常数的解,但是由于真实的折射率和消光系数难以测量,因此算法的优化目标为将反演求得的光学常数恢复出....

图3用单一评价函数对不同波长范围下的透射率拟合效果

在计算的波长范围小、透射率数值变化不大的情况下,2种评价函数的效果比较一致。但是当波长范围大、透射率数值剧烈起伏时,2种评价函数单独使用都会导致较差的计算效果。如图3所示,使用绝对误差评价函数会使得计算结果对高透射率值区间的拟合效果较好,但是在低透射率区间的拟合效果较差;只用相对....

图4研究对象

本文研究的对象是厚度为25μm和50μm的某型号聚酰亚胺薄膜(图4),使用上海交通大学分析测试中心的紫外可见近红外分光光度计(图5)测量薄膜透射率。透射光谱的测量范围为450～2500nm,测量波长间隔为1nm,入射角为8°。薄膜的透射光谱如图6所示。图5Perkin....

本文编号：3920957