基于计算机辅助的光学薄膜优化设计方法

基于计算机辅助的光学薄膜优化设计方法

金扬利，马勉军，陈焘，王济洲

兰州物理研究所，甘肃兰州(730000)

E-mail：ferrylei@https://www.wendangku.net/doc/5612963143.html,

摘要：概述了光学薄膜优化设计的发展和原理。介绍了当前光学薄膜优化设计中几种常用方法。预测了优化设计方法的趋势。

关键词：光学薄膜；优化设计；计算机辅助

1. 引言

光学薄膜作为一门学科，已经走过上百年的路程。如今，光学薄膜在光学、激光、航天等领域都得到了广泛的应用。随着新的精密光学仪器的不断涌现，对镀膜光学元件的光谱性能要求也越来越高，常规解析法设计的光学薄膜膜系结构已不能完全满足使用要求。

计算机技术的飞速发展为数值方法应用于光学薄膜设计提供了便利，如今，基于计算机辅助的光学薄膜优化设计已经成为一种广泛应用的膜系设计方法。

2. 光学薄膜优化设计的发展

六十年代以前，光学薄膜的设计方法主要为基于膜系的解析法[1]。如矢量作图法、等效界面法、虚设层法、车比雪夫(Chebychev)多项式法、对称膜系的等效折射率法、势透射率诱导法及导纳图解法等。它们对于通常的干涉膜系，如减反膜，高反膜，带通滤光片等的设计十分有效。然而随着时代的发展，对研究各种类型的光学多层薄膜提出了更高的要求，以至于传统的设计方法越来越无法满足要求。于是计算机自动设计和优化膜系就越来越引起人们的重视，相继产生了各种满足所需光谱特性的自动设计和优化方法，从而把薄膜设计工作推向了一个新的阶段。

光学薄膜的设计作为一个优化问题来处理，最早是由Baumeister于1958提出的[2]。20世纪60年代，Shatilov、Tyutikova[3]先后提出并完善了光学薄膜自动综合的渐进法，其方法是在基底上逐次迭加膜层或膜系，使得最终获得的膜系具有所要求的光谱特征。1973年，

J.A.Dobrowlski又对这种方法进行了改进[3]，提出了迭加负滤光片来设计光学薄膜的减去法。此后，Sossi提出了综合分析法（傅里叶合成法）[3],这种方法的优点是不需要初始设计，能够在整个波段上合成目标函数，是一种全自动薄膜合成方法。但是由于这种方法合成得到的折射率是任意变化的，无论是当时的工艺水平还是现在的工艺水平，镀制这样的膜系都几乎是不可能的，因此该方法在当时并未得到太大的重视和应用。

上世纪70年代后，随着计算机技术和各种数值优化技术的迅速发展及应用，线性规划法、黄金分割法、单纯形法、最小二乘法、阻尼最小二乘法、变尺度法和转值法等多种传统数值优化方法被应用于光学薄膜的设计，其中最小二乘法得到了最为成功的应用。同时，薄膜厚度原位控制技术的不断完善和发展，又进一步推动了光学薄膜优化方法的研究。

但传统数值法都存在只能收敛到局部极值的缺点，用这些方法设计得到的结果常常不是最佳的结果，为克服这些缺点，光学薄膜工作者又在薄膜优化设计中引入了可进行全局优化的多种方法，如蒙特卡洛法、进化算法和自适应搜索法[1]、模拟退火法[4]、遗传算法[5]等。1982年，莫斯科大学计算中心的A.V.Tikhonravor提出针形算法[6]，非常不同于其它优化算法，针

形法是针对光学薄膜膜系优化设计而提出的一种优化技术，程序实现在1992年完成。针形算法得名于其基本思想，是在原有折射率分布中通过不断插入较薄膜层，从而引起折射率分布微小变化－这一变化象针一样微小。针形算法的提出，使光学薄膜设计真正进入到自动合成设计阶段，它对初始条件的要求不严格，使得许多不懂光学薄膜设计的人也能设计出比较优良的薄膜。此后，J.A.Dobrowlski 对针形算法进行了较大的改动，改进的针形算法不但可以定义十分复杂的评价函数并且可采用多种形式来进行计算和设计，使光学薄膜的设计变的更加灵活。

光学薄膜的优化设计和计算机技术是密不可分的。20世纪90年代后，微机的普及使许许多多科研工作者乃至普通人都有了接触它的机会，且运算速度较其发展初期有了极大的提高，而诸多新程序设计语言出现又降低了程序设计专业难度。光学薄膜优化设计也再次进入一个蓬勃发展阶段，膜系优化设计再度成为光学薄膜领域的一个热点，涌现了许多新的或改进的方法。时至今日，光学薄膜的计算机辅助优化设计已经成为一种最广泛应用的膜系设计方法。

3光学薄膜优化设计的原理和评价函数

3.1光学薄膜优化设计的原理

一个多层光学薄膜系统的光谱特性如透射率、反射率或吸收率与薄膜厚度、膜层折射率和波长是一个高度非线性多峰函数关系。利用已知的光学薄膜参数(折射率、几何厚度、波长等)来计算膜系的光谱特性较容易，但是根据已知的光谱特性来求解光学薄膜参数则困难的多。其一是由于可用于光学薄膜制备的材料很有限，折射率这个参数的选择就非常有限，其二是由于每一个多层膜系统，往往由十多层，甚至几十层薄膜所组成，自变量的数目太多，导致计算量很大，复杂程度很高。

光学薄膜优化设计可以分为两类[7]：一类是所谓精炼法。即给一初始结构，逐步改进膜系的光谱性能，直至收敛到某一极值。另一类是自动合成法。由算法产生初始设计，在此基础上利用精确法进行迭代，收敛至某一极值。但无论是哪种设计方法，其目的都是相同的，即根据给定的光学薄膜要达到的光学特性，求出每一层薄膜的物理参数。

3.2评价函数

膜系优化设计的本质，就是通过建立各类评价函数，把膜系最优设计归结为求评价函数极值问题。

光学薄膜设计的优化问题就是根据给定的入射介质的结构参数:，，；基底的结构参数: ，，及光学薄膜所要求达到的光谱特性，求出层膜中每层膜的参数:，，（其中o n o d o k s n s d s k l l n l d l k l i ≤≤0）。膜系的光谱特性往往是在某一个波长范围或角度范围内对于反射率、透过率、相角变化等值的要求，一般来说要求是一条曲线。如何把目标由曲线转化为便于处理的单值函数,这就是评价函数所要达到的目的。实现的方法中，最直观的是求取积分的方法:

∫?=k

d Q Q w MF P T λλλλλλ0)]()()[(

其中0λ和k λ分别是起始波长和终止波长，)(λw 是在此波长点的权重，为目标值即:理想膜系的特性反射率、透射率等。是实际膜系达到的值。上述的评价函数实际上是通过求取相对误差的平方积分来确定评价函数值的。在一般情况下，本公式运算方便，并且可以很好地反映两条曲线:要求的目标曲线和膜系所实际达到的光谱曲线的接近程度。

)(λT Q )(λP Q 在实 际 运 算中，积分过程是被累加过程所代替的，这是因为取离散的波长点可以减少计算量，同时也方便了计算。这时候上述公式就演变为:

上式的评价函数称之为容差型，公式中引入权重因子)(λw ，一是因为在实际的设计问题中，很多时候对于不同波长上的特性有不同的要求，选取不同的权重因子，更符合实际情况；二是合适的权重因子可以减少计算量。

21

12]/)[(1?????=∑=nl i P i T i Q Q Q N MF δ ??i 此外评价函数还可以取面积型，平方和型、最大偏差型等多种类型。在光学膜系设计中，评价函数必须是多层膜系的结构参数的连续函数。评价函数的选取，不是一成不变的，应根据要求设计的光学薄膜的类型及光谱特性要求，选择最适合的类型，使期望的响应特性和特定多层膜结构的响应有着尽可能高的拟合程度。灵活地应用评价函数将会在薄系的优化过程中将起到良好的效果。而在某些特殊膜系的设计中，以何种方式构造评价函数是导致设计成败的关键因素之一。

4几种常用的光学薄膜优化设计方法

4.1单纯形法

单纯型法是由Spendley,Hext,Himsworth 等人于1962年提出，Nelder 和Mead 于1965年加以改进而成的一种数值优化方法[8]。

所谓单纯型，是指维空间n n R 中有)1(+n 个顶点的凸多面体。这个点构成的体积不为零的形状是个单纯型。DA 法的基本思想是)1(+n [9],对于给定的评价函数，选取)(x F ),2,1(0k j h x x j j L =Ι?+=，其中为初始膜系结构，h 为给定步长，为第0x j I j 个单位坐标矢量，计算并比较这个点的评价函数值，确定出最大、次最大和最小3个函数值点，分别记作，，；用这3个点构成一个初始单纯型，然后通过对k h F g F l F x 的压缩或扩张向最小值点收敛，寻找新的，，以构成一个新的单纯型，如此反复，按照式

h F g F l F ε≤?

??????+∑+=21112)()()(11n i c i x x n 的收敛标准进行判断，逐步逼近极小值点。其中是新单纯型 ，，构成的三

角形的重心，)(c x

h F g F l F ε是控制精度。 单纯型法是一种能对多维函数直接寻优的优化方法，搜索效率较高，尤其是在开始搜索阶段，但是，有时用这种方法搜索到最优点附近时，其收敛速度明显变慢，甚至可能收敛不到最精确的极小点上，因此这种方法常用于开局，不太适应于收局。

由于膜系的评价函数是个多峰值函数，在优化函数中存在大量的局部极值点，膜层越多，局部极值点越多。DA 法虽然算法简单，且在程序上易于实现，但DA 法在应用于膜系优化

设计时易于陷入局部极值点，因此DA 法多用于膜层数较少的膜系的优化。

4.2模拟退火法

基于对固体退火过程的研究，1982年，Kirkpatrick 等意识到固体退火过程与组合优化问题之间存在的类似性，并把Metropolis 准则引入到优化过程中来。最终他们得到一种对算法进行迭代的组合优化算法，这种算法因为模拟固体退火过程，称之为“模拟退火法”[10]。

模拟退火法的基本原理如下：

（1） 给定初始温度，及初始点，计算该点的函数值0T ()x f ；

（2） 随机产生扰动，得到新点，计算新点函数值x ?x x x ?+='()'

x f ,及函数值差()

()x f x f f ?=?'；

（3） 若，则接受新点，作为下一次模拟的初始点；

0≤?f （4） 若，则计算新点接受概率： 0>?f

产生

[r ,[]1,0∈r ，如果()r f P ≥?，则接受新点作为下一次模拟的初始点；否则放弃新点，仍取原来的点作为下一次模拟的初始点。以上步骤称为Metropolis 过程。按照一定的退火方案逐渐降低温度，重复Metropolis 过程。当系统温度足够低时，就认为达到了全局最优状态。

在模拟退火优化算法中，降温的方式对算法有很大影响。如果温度下降过快，可能会丢失极值点；如果温度下降过慢，算法的收敛速度又大大降低。因此，降温方式的选择，在一定程度上决定了最终优化结果的好坏程度。

模拟退火方法用于膜系设计时，首先要计算出初始膜系的评价函数，然后通过对膜层结构参数的随机改变，求出新的膜系的评价函数的值，并由与Metropolis 准则对应的转移概率确定是否接受从当前解i 到新解)(i f )(j f i P j 的转移。其中：

?????≤>?=?)

()()()(1))()(exp()(i f j f i f j f t j f i f j i P i

式中，t 表示控制参数，帮助函数从局部极值中逃逸出来，找到全局最优。开始取较大的值（与固体的熔解温度相对应），在进行足够多的转移后，缓慢减小t 的值（与缓慢降温相对应），如此重复，直至满足某个停准则时算法终止，设计完成。

t 4.3针形法

针形法是莫斯科大学的A.v.Tikhonravov 于1982年提出的，是专门针对光学薄膜的优化而提出的一种自动合成方法。1992年，针形法的计算机程序完成。

针形法通过运算等效导纳来进行优化计算，其基本思路就是在膜系中找到一个最合适的

地方插入一个很薄的膜层从而使评价函数下降。衡量插入点优劣程度的函数是P函数。我们通过不断插入新层，使评价函数不断下降，最终得到满足要求的膜层结构。

针形法优化的步骤如下：

(1)设定各个参数；

(2)计算每点的等效导纳值和P函数，从而找到最佳插入点插入一薄层；

(3)用局部优化的方法寻找局部最小；

(4)如果膜系总厚度大于预先给定的值，优化终止，否则转(5)；

(5)经过(2)，(3)如果膜系评价函数减小则转（2），否则转(6)；

dl dl

(6)轮流增加每层的厚度寻找下一个极小点，找到评价函数最小的。取此结构；

(7)回步骤(2)。

光学薄膜的特性是由在入射介质那一侧的等效导纳所确定的，针形法把等效导纳作为状态变量，把每一层的折射率作为控制变量，运用最优控制的原理计算出在薄膜内部每一个厚度对应的点上折射率改变所引起的评价函数的改变，并据此进行优化。它比传统的局部优化方法优越的地方在于它是从光学薄膜优化问题的物理原理出发，运用通过增加新层的办法来增加优化的手段。

在针形法的具体运用中，局部优化方法的有效性和收敛速度快慢直接影响整体的优化速

p函数搜索精度对最终优化结果的影响则不大。各种初始结构对优化结果有度和效率。而

一定的的影响。总的来说初始厚度越大，最后得到的结果的总厚度也越大，一般而言性能也越好。在针形法陷入局部极小值点时，可以运用增加总厚度的方法来使优化过程不断地进行下去。一般而言，评价函数最小的增厚方法效果最好，计算速度最快。

针形法是一种优秀的光学薄膜优化方法。通过厚度不断增加的方法，它可以寻找自变量维数不断增加时的局部极小值，评价函数下降迅速。速度比一般的全局优化方法快得多。不但可以优化膜系的厚度和折射率，还可以优化膜系的层数，属于自动合成的方法。因此，它可以从单层膜开始优化，从而降低了膜系设计的专业性和难度。对于典型的光学薄膜，如减反射膜、分光膜、偏振分色镜、高反射膜，甚至比较独特的斜线型的薄膜优化效果都很好，很多情况下甚至把Needle优化得到的结果作为理论上能够达到最优效果的例子。

4.4遗传算法

遗传算法起源于对生物系统所进行的计算机模拟研究。美国Michigan大学的Holland教授及其学生受到生物模拟技术的启发，创造了一种基于生物遗传和进化机制的适合于复杂系统优化的自适应概率优化技术－遗传算法[11]。

遗传算法不但是一种自然进化系统的计算模型，也是一种通用的求解优化问题的适应性搜索方法，包含了进化算法的基本形式，且有若干独特性能[12]：

(1)直接处理的对象是参数的编码集而不是问题参数本身，搜索过程既不受优化函数连续性的约束，也没有优化函数层数必须存在的要求，通过优良染色体基因重组，可以有效处理传统上非常复杂的优化函数求解问题。（2）具有很高的并行性和显著的搜索效率。（3）在所求问题为非连续、多峰以及有噪声的情况下，能够以很大的概率收敛到最优解或满意解，因而具有较好的全局最优解求解能力。（4）参函数的性态无要求，针对某一问题的遗传算法经简单修改或与已有算法结合即可适应于其他问题，能够较好地解决许多复杂问题，因而具有较好的普适性和易扩充性。（5）算法基本思想简单，运行方式和实现步骤规范，便于具体使用。

遗传算法的运行过程是一个典型的迭代过程，用交叉、变异两种遗传算子作为搜索工具，用适应度函数对搜索到的解进的质量进行评价，并据评价结果用选择算子来引导以后的搜索方向，其运算过程主要步骤如下[13]：（1）初始化。设置进化代数计数器，设置最大进化代数0←t T ，随机生成M 个个体作为初始群体。（2）个体评价。计算群体中各个个体的适应度。（3）选择运算。将选择算子作用于群体。（4）交叉运算。将交叉算子作用于群体。（5）变异运算。将变异算子作用于群体，群体经过选择、交叉、变异运算后得到下一代群体。（6）终止条件判断。若)0(P )(t P )(t P )1(+t P T t <，则1+←t t ，转到（2）；若，则以进化过程中所得到的具有最大适应度的个体作为最优解输出，终止计算。

T t >遗传算法中使用适用度来度量群体中个体在优化计算中有可能达到的最优解的程度，适应度的形式直接决定着群体的进化行为。适应度高的个体遗传到下一代的概率较大，因此遗传算法中适应函数的值规定为非负，且越大越好。而遗传算法的运行参数，主要包括群体规模、选择算子、交叉算子、变异算子、终止代数等，它们对遗传算法的运行性能有着很大的影响，应根据具体的问题进行选择。

遗传算法只需解决问题解的编码和适应度函数，而不依赖于其他辅助信息.应用于光学多层膜系设计时，先对各膜层的几何厚度用若干位二进制进行染色体编码，遗传算法的初始个体集合是随机产生的，无需进行初始设计。适应度函数与评价函数取如下映射关系)(x f )(x F [12]：

???≥

max max )()(0)()(C x F C x F x F C x f

由于多层膜的评价函数是一个非常复杂的多峰函数，为了避免过早收敛而陷入局部极值，群体规模通常取较大值（100～1000之间）；选择算子主要采用比例选择、排序选择和精英选择等方法；交叉算子和变异算子的取值一般建议前者为0.4～0.99，后者为0.001～0.1；终止代数一般取为300，为了提高精度，时间允许情况下，可以取的更大[14]。为了获得可靠的解决方案，在程序运行之前，可以预先规定膜层厚度变化范围[]max min ,

d d ，使优化得到的

膜层厚度既不太薄又不太厚，工艺上易于实现。 4.5优化方法的改进

虽然各种数值算法在光学膜系设计中得到了广泛的应用，但迄今为止，仍不能说有一种方法完全解决了光学膜系的优化设计，各种方法，都存在这样或那样的缺点和不足。如单纯型法、共轭梯度法等方法是一种局部优化方法，最终膜系光谱性能的好坏，很大程度上取决于膜系初始结构的构造；模拟退火法虽然是一种具有全局优化能力的算法，但仍有Metropolis 过程的次数不易控制等缺点[15]。针形法是一种自动合成法，可以从单层膜进行优化，降低了设计难度和专业性，但也存在易陷入局部极值等不足[14,16]。即使是目前最为看好的具有全局优化能力的遗传算法，依然有很多问题需要解决[11]。

基于此，光学薄膜工作者对许多数值算法进行了改进，并且已经取得一定的成效：如改进针形法的输入方法，采用模糊输入即输入理想光谱的区间而不是点，对评价函数作一些改造，使其可根据输入情况不同而作相应的变形[17,18]；将针形法与Tunneling 法相结合，将评价函数从一个局部极值隧行到另一个更优秀的局部极值，摆脱了设计中易陷入局部极值的麻

烦[19]。改变模拟退火法的退火方式[15]，使其更符合热力学分子运动理论，提高了模拟退火的有效性。改变传统遗传算法的二进制编码[20]；将遗传算法与许多局部优化数值法结合[15,21,22]，以提高遗传算法全局的收敛性能，尽快找到最优点。通过这些改进，许多算法都取得较好的效果，很好地解决了许多常规方法解决不了的膜系设计问题。

5总结和发展趋势

光学薄膜的优化设计发展到现在，经历了很长的积累。各种优化方法的发展和改进，使许多面临的新的设计问题都得到令人满意的结果，但是迄今为止，仍不能说有一种优化方法可以解决所有的膜系设计问题。

膜系优化设计作为一种设计方法，人们总是希望它能向着最为简单的方向发展，使得即使是非专业膜系设计工作者也能利用该方法设计出性能优良的膜系结构。未来，会有许多以前从未遇到过的非常规的膜系需要设计，用目前的膜系优化设计方法，可能难以给出初始解。因此，膜系优化设计方法会更多向着基于多种数值方法混用的具有全局优化能力，自动合成的方向发展。

光学薄膜的设计和制备是相辅相成、相互促进的一个有机的整体。光学薄膜制备技术的发展，促进了光学薄膜的设计的发展；而各种优化方法的出现，又促进了光学薄膜制备技术水平的提高。通过优化设计方法得到的膜系结构往往是非四分之一波长的非规整结构，需要相应的监控技术的发展才能实现，而监控的过程中如何减小误差也需要优化方法来进行分析。

目前，光学薄膜的制备技术已经实现了自动化控制，以后的趋势可能是光学薄膜的设计和制备同时进行，边制备边优化的一种实时自动系统。这要求未来的优化设计方法必须有着更快的优化速度和更高的效率。

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OPTICAL FILM OPTIMIZATION DESIGN METHOD BASED ON COMPUTER ASSISTANT

Jin Yangli，Ma MianJun，Chen Tao，Wang Jizhou

（Lanzhou Institute of Physics，Lanzhou 730000，China）

Abstract

The development and principle of optical thin film optimization design are sum marized.some usual optimization design methods are introduced.

Keywords：optical film,optimization design,merit function

光学薄膜技术

光学薄膜概论 光学薄膜 光学薄膜泛指在光学器件或光电子元器件表面用物理化学等方法沉积的、利用光的干涉现象以改变其光学特性来产生增透、反射、分光、分色、带通或截止等光学现象的各类膜系。它可分为增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜、偏振与消偏振膜等。光学薄膜的应用始于20世纪30年代。现代，光学薄膜已广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。 光学薄膜的特点是：表面光滑，膜层之间的界面呈几何分割；膜层的折射率在界面上可以发生跃变，但在膜层内是连续的；可以是透明介质，也可以是吸收介质；可以是法向均匀的，也可以是法向不均匀的。 光学薄膜的基本原理: 1.利用光线的干涉效应，当光线入射於不同折射系数物质所镀成的薄膜，产生某种特殊光学特性。 分类：光学薄膜就其所镀材料之不同，大体可分为金属膜和非金属膜。 a.金属膜：主要是作为反射镜和半反射镜用。在各种平面或曲面反射镜，或各式稜镜等，都可依所需镀上Al、Ag、Au、Cu等各种不同的材料。不同的材料在光谱上有不同的特性。AI的反射率在紫外光、可见光、近红外光有良好的反射率，是镀反射镜最常使用的材料之一。Ag膜在可见光和近红外光部份的反射率比AI膜更高，但因其易氧化而失去光泽，只能短暂的维持高反射率，所以只能用在内层反射用，或另加保护膜。 b.非金属膜:用途非常广泛，例如抗反射镜片．单一波长滤光片、长或短波长通过滤光片、热光镜、冷光镜、各种雷射镜片等，都是利用多种不同的非金属材料，蒸镀在研磨好之镜杯上，层数由单层到数十、百层不等，视需要的不同，而有不同的设计和方法。目前这些薄膜中被应用得最广泛，最商业化，也是一般人接触到最多的，就是抗反射膜。例如眼镜、照相机镜头、显微镜等等都是在镜片上镀抗反射膜。因为若是不加以抗反射无法得到清晰明亮的影像了，因此如何增加其透射光线就是一个非常重要的课题。 2.利用光波干涉原理，在镜片的表面镀上一层薄膜，厚度为1/4 波长的光学厚度，使光线不再只被玻璃—空气界面反射，而是空气—薄膜、薄膜—玻璃二个界面反射，因此产生干涉现象，可使反射光减少。若镀二层的抗反射膜，使反射率更低，但是镀一层或二层都有缺点：低反射率的波带不移宽，不能在可见光范围都达到低反射率。1961年Cox、Hass和 Thelen 三位首先发表以1/4一1/2一1/4波长光学厚度作三层抗反射膜可以得到宽波带低反射率的抗反射膜。多层抗反射膜除了宽波带的，也可做到窄波带的。也就是针对其一波长如氨氟雷射632.8nm波长，要求极高的透射，可使63Z.8nm这一波长透射率高达99.8%以上，用之於雷射仪器。但若需要对某一波长的光线有看极高的反射率需要用高低不同折射系数的材料反覆蒸镀数十层才可达到此效果。 光学薄膜的制造方式：热电阻式、电子枪式和溅射方式。最普通的方式为热电阻式，是将蒸镀材料在真空蒸镀机内置於电阻丝或片上，在高真空的情况下，加热使材料成为蒸气，直接镀於镜片上。由於有许多高熔点的材料，不易使用此种方式使之熔化、蒸镀。而以电子枪改进此缺点，其方法是以高压电子束直接打击材料，由於能量集中可以蒸镀高熔点的材料。另一方式为溅射方式，是以高压使惰性气体离子化，打击材料使之直接溅射至镜片，以此方式

光学计算机辅助设计报告

光学设计辅助报告 姓名：张雨辰 学号：1011100139

光学计算机辅助设计报告 内容一：已知参数双胶合望远物镜的像质评价 1）像质评价的意义： 任何一个光学系统不管用于何处，其作用都是把目标发出的光按仪器工作原理的要求改变它们的传播方向和位置，送入仪器的接收器，从而获得目标的各种信息，包括目标的几何形状、能量强弱等。因此，对光学系统成像性能的要求主要有两个方面：第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。第一方面的内容即满足光学特性方面的要求属于应用光学的讨论范畴，第二方面的内容即满足成像质量方面的要求，则属于光学设计的研究内容。 从物理光学或波动光学的角度出发，光是波长在400~760nm的电磁波，光的传播是一个波动问题。一个理想的光学系统应能使一个点物发出的球面波通过光学系统后仍然是一个球面波，从而理想地聚交于一点。但是实际上任何一个实际光学系统都不可能理想成像。所谓像差就是光学系统所成的实际像与理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在一个光学系统成像质量优劣的评价问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。从物理光学出发，推导出几何像差等像质评价指标。有了像质评价的方法和指标，设计人员在设计阶段，即在制造出实际的光学系统之前就能预先确定其成像质量的优劣，光学设计的任务就是根据对光学系统的光学特性和成像质量两方面的要求来确定系统的结构参数。 2）像质评价的方法与Zemax实现： 对于像质评价有两个阶段：1 设计完成后，加工前，对成像情况进行模拟仿真；2 加工装配后，批量生产前，要严格检测实际成像效果。当前我们所作的工作就是对第一阶段进行实际讨论。对于像质评价的方法有两种：1 不考虑衍射：光路追迹法（点列图，像差曲线）； 2 考虑衍射：绘制成像波面，光学传递函数等；有： 瑞利判断：几何像差曲线进行图形积分得到波像差； 中心点亮度（斯托列尔准则）：成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比S.D来表示成像质量； 分辨率：反映光学系统分辨物体细节的能力，可以评价成像质量； 点列图：由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同

(整理)各种光学设计软件介绍-学习光学必备-peter.

光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地

光学薄膜技术第三章--薄膜制造技术

第三章薄膜制造技术 光学薄膜可以采用物理汽相沉积（PVD)和化学液相沉积（CLD)两种工艺来获得。CLD工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜，废水废气对环境造成污染，已很少使用。 PVD需要使用真空镀膜机，制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。 PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。 制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识 用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几 个原子、分子的集合体（从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚。 在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在，那就会产生如下一些问题： ①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜； ②空气分子进入薄膜而形成杂质； ③空气中的活性分子与薄膜形成化合物； ④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成 化合物，从而不能进行正常的蒸发等等。 因此，必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个 过程称为抽气。空气压力低于一个大气压的状态称为真空， 而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空 室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备。制作 薄膜最重要的装备是真空设备． 真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备。二 者真空度不同，这两种真空设备的抽气系统基本上是相同 的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气 系统的材料也不同，下图是典型的高真空设备的原理图，制 作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类。 下图是超高真空设备的原理图，在原理上，它与高真空设备 没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性， 超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直 接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵（如钛吸气泵） 来辅助超高真空泵。 3.1 高真空镀膜机 1.真空系统 现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。普通所说的 真空镀膜，基本都是在高真空中进行的。 先进行(1)然后进行(2)。因为所有的（超）高真空泵只有在真空室的压力降低到一定程度时才能进行工作， 而且在高真空泵（如油扩散泵）中，要把空气之类的分子排出，就必须使排气口的气体压力降低到一定程 度。 小型镀膜机的真空系统 低真空机械泵+高真空油扩散泵+低温冷阱

光学计算机辅助设计

目录 一、建立初始结构 (2) 二、插入多重组态 (2) 三、优化操作数 (3) 四、进行优化 (5) 五、镜头替换 (7) 六、公差分析 (8) 七、零件图 (9) 八、设计感想 (11)

一、建立初始结构 打开ZEMAX,新建一个文件，输入初始数据，设置数值孔径为0.24，波长为1.55nm后的2D图形与斑点图如下： 图1 二、插入多重组态 （一）插入Config1-3三个组态：打开Editor--Multi Configuration Editor--Insert(加两行)--Insert Config（加两列）； （二）设置厚度：将 7、9、11三个面的厚度分别设为50m、100m、150m； （三）此时，3D图如下： 图2

三、优化操作数 1.设置约束条件 （一）输入操作数； （二）用到的操作数： TTHI:设置厚度 OPLT:厚度、间隙小于多少 REAX:实际光线数据的约束 OPGT:厚度、间隙大于多少 EFLX:两器件组合焦距 EFFL:两器件系统焦距 DIFF:两个操作数相减 ABSO:取绝对值 （三）设置相应的Target与Weight值，双击刷新Value与Contrib（贡献值）如下图： 图3

图4 （四）设置完成后初始图： 图5

四、进行优化 （1）根据上述问题进行修改，优化 MXCA的贡献值过大，我将MXCA –surf1、surf2的值由1-11改为1-10，优化（opt）后贡献值接近0，修改数据优化后： 图6

（2）出现的错误图形 错误原因：6.7面相隔距离太近 图7 （3）由于初始结构图形较差，修改参数（将后3个镜面曲面半径设置成无穷）查看贡献值，修改数据优化后 图8

光学薄膜技术第二章课件

典型膜系介绍 根据其作用可以将光学薄膜的类型简单的分为： 1、减反射膜或者叫增透膜 2、分束膜 3、反射膜 4、滤光片 5、其他特殊应用的薄膜 一. 减反射膜（增透膜） 在众多的光学系统中，一个相当重要的组成部分是镜片上能降低反射的镀膜。在很多应用领域中，增透膜是不可缺少的，否则，无法达到应用的要求。 就拿一个由18块透镜组成的35mm 的自动变焦的照相机来说，假定每个玻璃和空气的界面有4%的反射，没有增透的镜头光透过率为23%，镀有一层膜（剩余的反射为%）的镜头光透过率为%，镀多层膜（剩余的反射为%）的为%。 大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需要的反射光的破坏。此外，宽带增透膜可以提高象质量、色平衡和作用距离，而使系统的全部性能增强。 当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的另一介质时，在两介质的分界面上就会产生光的反射， 如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R 为： 例，折射率为的冕牌玻璃，每个表面的反射约为%，折射率较高的火石玻璃表面的反射更为显著。 这种表面反射造成了两个严重的后果： ①光能量损失，使像的亮度降低； ②表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也达到像平面，使像的衬度降低，分辨率下降，从而影响光学系统的成像质量。 减反射膜，又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。 最简单的增透膜是单层膜，它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低 的介于空气折射率和光学元件折射率之间的薄膜。以使某些颜色的单色光在表面 R T n n n n R -=???? ??+-=12 1010透射率

MEMS的计算机辅助设计方法与技术综述

MEMS的计算机辅助设计方法与技术综述 霍鹏飞 (中国兵器工业集团第212研究所 西安 710065) 摘 要：MEMS作为一个多能量域耦合、多学科交叉的复杂系统，一个成功MEMS设计必须借助 于计算机辅助设计。本文结合国际MEMS计算机辅助设计的最新成果，对MEMS的设计、建模与 仿真方法及其技术进行了详细的论述。对MEMS器件或系统设计以及MEMS CAD研究具有参考价 值。 关键词: MEMS CAD；建模与仿真；结构化设计 0 引言 微机电系统(MicroElectroMechanical Systems，MEMS)指的是可以批量制作的将微传感器、微执行器以及接口电路和控制电路、通讯接口和电源等集成于一体的微系统。MEMS作为一门多学科交叉的新兴学科，涉及精密机械、微电子材料科学、微细加工、系统与控制等技术和物理、化学、生物学等基础学科，现已成为一个新兴强大的科学领域。世界各国科研机构大力投资MEMS及其相关技术的研究，它正在对世界科技、经济发展和国防建设带来深远的影响和革命性的变革。 随着MEMS制作工艺的长足发展，目前MEMS由具有单一功能的微器件向由微机械结构、接口电路和控制电路等构成复杂功能系统的集成化方向发展，如芯片系统(System on a Chip)、芯片实验室(Lab on a Chip)，因此针对单个微器件的bottom-up设计方法[0-0]已不能满足MEMS发展需求，结构化设计(structured design)[0-0]成为当前MEMS设计的主流方法。结构化设计方法是以超大规模集成电路设计为参照对象来研究MEMS的设计，其主要思想是MEMS设计分阶层，通过在不同设计阶层关注相对独立的设计问题来降低对各阶层设计人员的知识要求；同时因为不同设计阶层都是针对同一MEMS 器件，故结构化方法还强调不同设计阶层之间的数据交换、信息共享。 目前，国内外已出现了一些基于结构化设计方法的MEMS计算机辅助设计(Computer aided design,CAD)软件，如美国Coventor公司的CoventorWare[0]软件，MEMS CAP公司的MEMS Pro软件[0]等，在国内的软件有西北工业大学的MEMSGarden[0]，北京大学的IMEE[0]，但随着MEMS技术的发展，这些设计软件也在进一步研究和发展之中。 美国麻省理工学院(MIT)的S.D. Senturia [0,0] 教授是MEMS CAD的鼻祖，曾多次展望了MEMS CAD 的发展前景和面临的挑战，根据他的观点，MEMS的设计分为四个阶层：工艺级 (process level) 、物理级 (physical level) 、器件级 (device level) 和系统级 (system level) ，如图1所示，这也是当前国际上关于MEMS设计的一种主流分级方法。工艺级设计关注的焦点是MEMS的几何形状的可加工制造性；与工艺级所关注的焦点不同，物理级、器件级和系统级这三个设计阶层是从不同的角度或不同的抽象阶层来研究MEMS的行为特性。物理级是从物理场的角度研究分析器件内的能量与信息转换机理；相对于物理级，器件级是从更高阶层的角度研究MEMS器件内的能量与信息的转换，在该阶层只关注MEMS器件主要的行为特性，即关注主要矛盾，忽略次要因素，以便对器件行为进行快速的设计、评估；而在系统级设计中研究分析由更多微器件(如微传感器、微致动器、接口电路等)构成微系统的整体性能，以寻求相对合理的系统整体设计方案。

常用光学设计软件介绍

ZEMAX ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential）。 ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance 参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V CODE V是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 OSLO oslo是一套标准建构系统及最佳化的光学软件。最主要地，他是用来决定光学系统中最佳组件的大小和外型，如照相机、客户产品、通讯系统、军事/外层空间应用以及科学仪器等。除此之外、他也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具。 LENSVIEW LensVIEW为搜集在美国以及日本专利局申请有案的光学设计的数据库，囊括超过18,000个多样化的光学设计实例，并且每一实例都显示它的空间位置。它搜集从1800年起至目前的光学设计数据，这个广博的LensVIEW数据库不仅囊括光学描述数据，而且拥有设计者完整的信息，摘要，专利权状样本，参考文件，美国和国际分类数据，和许多其它的功能。LensVIEW 并能产生各式各样像差图，做透镜的快速诊断，和绘出这个设计的剖面图。 ASAP ASAP是功能强大的光学分析软件，是专为仿真成像或光照明的应用而设计，让您的光学工程工作更加正确且迅速。ASAP让您在制作原型系统或大量生产前可以预先做光学系统的仿真以便加快产品上市的时间。 传统描光程序的速度是非常烦琐秏时的。ASAP对于整个非序列性描光工具都经过速度的优化处理，让您可以在短时间内就可做数百万条几何描光的计算。光线可不计顺序及次数的经过表面，还可向前，向后追踪。此外ASAP具有强大的指令集可以让您进行特性光线以及物体的

计算机辅助设计方案及示例

第6章计算机辅助设计及示例 教学要点 技能要点 计算机辅助设计及示例；平面设计模块、纵断面设计模块、横断面设计模块、挡土墙设计模块、涵洞设计模块、土石方调配模块和图表输出模块；平交口设计、交通岛设计、平交口模型、路脊线、边线和平交口范围；喇叭型立交、主线、被交线、匝道、线位数据图、连接部图、总体布置图和纬地软件。 引例 计算机辅助设计在道路设计领域得到广泛应用，国内外有许多专业应用软件， 如CARD/1、MOSS 、纬地、EICAD 和DICAD 等软件。这些专业软件具有强大 的平纵横三维设计功能，使设计人员从繁杂的计算过程中解放出来，设计时间 短、快，所设计图表清晰，便于设计人员修改。同时由于计算机的快速发展， 高效、动态、实时的道路设计成为可能。6.1 计算机辅助设计 6.1.1计算机辅助设计发展状况 计算机辅助设计

照明用LED光学系统的计算机辅助设计

光电器件 照明用LED光学系统的计算机辅助设计 严 萍,李剑清 (浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310032) 摘 要: 介绍了LED在照明领域的应用前景,提出了利用计算机辅助非序列光线追迹设计照明用LED的光学系统的分析方法,以达到计算机虚拟试制LED的目的。 关键词: LED;色还原性;非序列光线追迹;虚拟试制 中图分类号:TN312.8 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2004)03-0181-02 Computer Aid Design of Optical System of LED for Illumination YAN Ping,LI Jian qing (C ollege of Information Engineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou310032,CHN) Abstract: The application prospects of LED in the illumination field are review ed.An analysis method w ith w hich optical system of LED for illumination is designed by computer aid non sequential ray trace is introduced to achieve virtual prototype of optical design. Key words: LED;color rendition;color rendering index(CRI);non sequential ray trace; v irtual prototy pe 1 引言 半导体发光二极管(LED)是一种直接将电能转换成光能的固态半导体器件。发光二极管的结构主要由芯片、电极和光学系统组成。通常由塑料密封材料组成的光学系统和电极机构构成LED的绝大部分体积。LED可发射红、黄、绿、蓝或白光。发光波长或颜色由芯片的组成材料所决定。高亮度LED被认为是新一代的照明光源。 发光二极管用于照明有许多的优点:工作电压低,耗电量少;性能稳定,寿命长(可达10万小时);抗冲击,耐振动性强;重量轻,体积小,成本低。高亮度单色光的LED已得到了广泛的应用。LED可直接发射所需颜色的波长,无需用滤光片,尽管它们比传统的灯泡昂贵,但它具有更高的性能价格比。例如,功耗10W的红色LED交通信号灯就可替代传统的150W白炽信号灯,而且LED信号灯的寿命至少5年,但白炽灯的寿命通常只有半年。单色LED在广告显示、路牌显示、航班警告灯、跑道灯、汽车尾灯和建筑装璜等领域目前已有广泛的应用。 对于普通照明来说,用越多的颜色混合来获得的白光,色还原性就越高。它的难点是如何使从不同光源发出的不同颜色的分裂光均匀地混合成白光。此外,由于不同颜色的LED芯片有着不同的驱动电压要求,不同的衰竭性能以及不同的温度性能,这就需要开发一种复杂的控制系统。 2 LED光学系统的计算机辅助设计 LED光学系统设计包括LED器件内的光学设计和LED器件外的二次光学设计。LED内光学器件通常由芯片、反射镜和由塑料密封材料制成的光学透镜所组成。芯片、反射镜和透镜的几何形状决定了LED的光提取效率和光能量分布。LED器件的外光学设计主要是根据不同的实际应用使光能量重新分布,从而达到更有效、更合理地使用有限光能量的目的。 和其他光源的应用一样,光学工程师运用光学原理来设计LED的实际光学系统。计算机辅助设计在光学工程领域是一非常有用的工具。目前市场 半导体光电!2004年第25卷第3期严 萍等: 照明用LED光学系统的计算机辅助设计 收稿日期:2004-02-26.

计算机辅助设计CAD教案

教案 学校：苏州市相城中等专业学校 课程：计算机辅助设计----Auto CAD2004 班级：11 工艺美术 任课教师：吴丹 2012~2013学年度第一学期

一、课程性质和任务 （一）课程性质： 1、本课程适合于建筑工程专业 2、本课程属于技能基础课程 3、本课程属于专业必修课 （二）课程任务： 1、《计算机辅助设计----Auto CAD2004》是介绍在工程领域利用计算机技术进行辅助设计的理论与技术的学科，在工程设计等领域的应用日趋广泛，利用计算机的高效、快速、准确的计算和绘图能力，结合设计人员的经验和知识已成为今天完成工程设计的主要手段。 2、通过本门课程的学习，使学生了解计算机辅助工程设计的基本知识，掌握基本理论，具备计算机辅助设计的基本能力和技巧。 二、教学目标选择 （一）知识目标 了解计算机辅助设计产生及发展背景，在各行各业的应用情况，发展趋势等。熟悉操作环境、操作界面、绘图的一般流程，掌握辅助设计绘图的操作方法。 （二）能力（技能）目标 了解绘图的一般操作步骤。掌握基本的绘图命令，了解编辑绘图的一般步骤，掌握基本编辑命令和操作方法。掌握有关图案填充的命令和操作方法。了解文字式样设置、注写和编辑的操作方法。了解块、外部参照的基本概念。掌握块创建、使用和块属性的操作方法。了解尺寸组成、标注步骤等概念。掌握尺寸样式设定、尺寸标注、尺寸编辑、形位公差标注的有关命令和操作方法。掌握显示控制的有关命令和操作方法。熟练掌握有关设计中心、查询和辅助功能的命令和操作方法。掌握图形输出及图形打印管理的有关命令和操作方法。 （三）素质（态度）目标 要求学生对计算机辅助设计的现状和发展趋势有一个较为全面的了解，熟悉较新流行的计算机辅助设计软件，掌握其基本命令和操作方法。能够利用计算机进行本专业简单的设计工作，具备设计绘制建筑工程设计等平面图形的能力。

常见光学仿真设计软件

1.APSS.v 2.1.Winall.Cracked 光子学设计软件，可用于光材料、器件、波导和光路等的设计 2.ASAP.v7.14/7.5/8.0.Winall.cracked/Full 世界各地的光学工程师都公认ASAPTM（Advanced Systems Analysis Program，高级系统分析程序）为光学系统定量分析的业界标准。 注：另附9张光源库 3.Pics3d.v200 4.1.28.winall.cracked 电子.光学激光2D/3D有限元分析及模形化装置软件 https://www.wendangku.net/doc/5612963143.html,stip.v2004.1.28.winall.cracked 半导体激光装置2D模拟软件 5.Apsys.2D/3D.v2004.1.28.winall.cracked 激光二极管3D模拟器 6.PROCOM.v2004.1.2.winall.cracked 化合物半导体模拟软件 7.Zemax.v2003.winall.cracked/EE ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起。 8.ZEBASE Zemax镜头数据库 9.OSLO.v6.24.winall.licensed/Premium OSLO 是一套处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件。最主要的，它是用来决定光学系统中最佳的组件大小和外型，例如照相机、客户产品、通讯系统、军事 /外太空应用以及科学仪器等。除此之外，它也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具。 10.TracePro.v324.winall.licensed/Expert TracePro 是一套能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。它是第一套以符合工业标准的ACIS(固体模型绘图软件)为核心所发展出来的光学软件，是一个结合真实固体模型、强大光学分析功能、信息转换能力强及易上手的使用界面的仿真软件，它可将真实立体模型及光学分析紧紧结合起来，其绘图界面非常地简单易学。 11.Lensview.UPS.winall.cracked LensVIEW 为搜集在美国以及日本专利局申请有案的光学设计的数据库，囊括超过 18,000个多样化的光学设计实例，支持Zemax，OSLO，Code V等光学设计软件。 12.Code V.v940.winall.licensed CODE V是美国著名的Optical Research Associates公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。 13.LightTools.v4.0/sr1.winall.cracked LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系，提供最现代化的手段直接描述光学系统中

计算机辅助设计

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 水运工程制图是港口航道与海岸工程专业基础教学的重要组成部分，是港航专业工程师应该掌握的一项基本技能。目前对工程图纸的要求已经从一般手工绘图转为按国家标准使用计算机软件进行标准化制图。本课程包括计算机辅助设计（CAD）的基本绘图指令、图形的边界和修改、文字注释和尺寸标注、标准制图和出图方法。通过课程教学与机房上机练习，要求学生了解计算机辅助设计（CAD）的发展概况，学会计算机辅助设计软件AutoCAD的基本操作，掌握基本的绘图、修改、编辑、标注工具和打印设置等指令，能够初步掌握使用AutoCAD软件进行工程制图，为从事相关技术工作打下坚实的基础。 2.设计思路： 本课程以工程制图的基本理论和基本方法为基础，以计算机绘图软件AutoCAD为平台，进行大量的上机实践，使同学们掌握在计算机绘图软件中进行标准化出图的方法。课程内容包括两个模块：计算机辅助设计操作示范与讲授教学、计算机绘图的上机练习。 （1）计算机辅助设计示范与讲授教学： - 3 -

理论教学以在机房进行操作示范、讲授为主，辅助以电子教案和多媒体课件，重点进行计算机设计软件基本操作和主要指令的学习、训练和掌握。明确《计算机辅助设计》的内容范围，包括AutoCAD软件的发展概况和操作基础、绘图基本指令、图形的编辑和修改、文字注释和尺寸标注、标准图纸与出图方法。 （2）计算机绘图的上机练习： 上机练习以学生自主练习为主，将理论讲授内容在AutoCAD软件中实现，上机练习期间就AutoCAD软件操作中的问题展开讨论。 3. 课程与其他课程的关系： 先修课程：画法几何及工程制图 本课程与画法几何及工程制图密切相关，计算机辅助设计是画法几何及工程制图在计算机软件上的应用，只有在画法几何及工程制图的基础上，计算机辅助设计的教学才能达到较好的效果。 二、课程目标 本课程的目标是培养学生的计算机绘图能力，达到华盛顿公约规定的国际工程师认证的标准，培养符合国家经济发展需要的工程技术人才。 （1）、知识获取 （Ⅰ）了解计算机辅助设计软件AutoCAD的发展概况，相关软硬件基础要求。 （Ⅱ）掌握AutoCAD 主要版本的基本操作。 （Ⅲ）掌握基本绘图、修改、编辑及尺寸标注等主要指令。 （Ⅳ）掌握水运工程对制图的基本要求和出图方法。 （2）、思维方法培养 （Ⅰ）、培养学生缜密、立体观察问题的思维方法； （Ⅱ）、培养学生综合、系统分析问题的思维方法。 - 3 -

光学薄膜的研究进展和应用

光学薄膜的研究进展和应用 【摘要】本文介绍了光学薄膜的工作原理，并对光学薄膜的传统光学领域的应用做了简要的概述。又简要说明现代光学薄膜典型应用，对光学薄膜的制备加以介绍，最后介绍了光学薄膜的发展前景。 【关键词】光学薄膜；薄膜应用；薄膜制造； 1.光学薄膜原理简述 所谓光学薄膜是指其厚度能够光的波长相比拟，其次要能对透过其上的光产生作用。具体在于其上下表面对光的反射与透射的作用。光学薄膜的定义是：涉及光在传播路径过程中，附著在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层，通过分层介质膜层时的反射、透（折）射和偏振等特性，以达到我们想要的在某一或是多个波段范围内的光的全部透过或光的全部反射或是光的偏振分离等各特殊 形态的光。 光学薄膜的特点是：表面光滑，膜层之间的界面呈几何分割；膜层的折射率在界面上可以发生跃变，但在膜层内是连续的；可以是透明介质，也可以是吸收介质；可以是法向均匀的，也可以是法向不均匀的。实际应用的薄膜要比理想薄膜复杂得多。这是因为：制备时，薄膜的光学性质和物理性质偏离大块材料，其表面和界面是粗糙的，从而导致光束的漫散射；膜层之间的相互渗透形成扩散界面；由于膜层的生长、结构、应力等原因，形成了薄膜的各向异性；膜层具有复杂的时间效应。不同物质对光有不同的反射、吸收、透射性能，光学薄膜就是利用材料对光的这种性能，并根据实际需要制造的。 2.光学薄膜的传统应用 光学薄膜按应用分为反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜。减反射膜，是应用最广泛的光学薄膜，它可以减少光学表面的反射率而提高其透射率。对于单一波长，理论上的反射率可以降到零，透射率为100%；对于可见光谱段，反射率可以降低到0.5%，甚至更低，以保证一个由多个镜片组成的复杂系统有足够的透射率和极低的杂散光。现代光学装置没有一个是不经过减反射处理的。由于其具有极低的反射率和鲜艳的表面颜色，现代人们日常生活中的眼镜普遍都镀有减反射膜。 高反射膜，能将绝大多数入射光能量反射回去。当选用介质膜堆时，由于薄膜的损耗极低，随着膜层数的不断增加，其反射率可以不断地增加（趋近于100%）。这种高反射膜在激光器的制造和激光应用中都是必不可少的。 能量分光膜，可将入射光能量的一部分透射，另一部分反射分成两束光，最

些常用的光学软件介绍

一些常用光学设计软件及其应用方向介绍 【①】LensVIEW 1CD(世界著名的光学设计数据库) 【②】LensVIEW 2001-ISO 1CD(世界著名的光学设计数据库) 产品: Zemax v2003-1-6 with manuals & tutorial(专业光学CAD软件,解密,好用的版本) Zemax 用的中国玻璃库 Zemax使用说明书(总计526页) Focus Floor Covering Software Optical Research Associates产品: Code V (世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件) Code V 英文使用手册(总计112M BREAULT产品: ASAP 1CD(光学分析设计软件合集完全版,包括用户手册、使用实例,解密完全) ASAP 正版光源库 9CD ASAP 中文入门指南 ReflectorCAD (中文汉化,ASAP的配套软件,专门用于车灯灯罩设计) 产品: PhotoPIA (快速且精确的光度分析程序) LAS-CAD GmbH产品: LASCAD (德国LAS-CAD GmbH所开发之固态激光仿真设计分析软件,它是世界上第一套可分析固态激光中光与热特性的多重物理交互作

用效应的软件,LASCAD可用来设计传统的气态(Gas)激光,闪光灯(Flash Lamp)激发式固态激光(SSL)与二极管激发式固态激光(DPSSL-Diode Pumped Solid State Laser) RSoft, Inc产品： 集成光导器件的设计及模拟的软件,用类似CAD的界面进行设计,器件的输出能对不同输入光信号进行模拟 Fullwave:对复杂光器件进行时域限差模拟,能得到准确的答案BandSolve:光晶体元件的设计及模拟 GraingMOD:能设计任意基于集成光导的光栅和滤波器并能根据输入光普推导出光栅的设计 Optiwave产品： OptiFDTD (时域光子学仿真软件,用来模拟先进的被动元件和非线性光电元件) OptiBPM (用于设计及解决不同的积体及光纤导波问题,光束传播法,或称为BPM是OptiBPM的核心,而其是一种一步接着一步来模拟光通过任何波导物质的行为,BPM可以允许观察任一点被模拟出的光场分布,而且可以容许同时检查辐射光及被传播的光场) OptiSystem (光通信系统模拟软件,可以设计、测试,与最佳化几乎任何一种在光网路系统的宽谱中的物理层次光连结) TracePro 专家版-ISO 1CD(光学机构仿真软件,普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的光线仿真)

计算机辅助设计CAD教案设计

案教 苏州市相城中等专业学校校：学 ----Auto CAD2004 程：计算机辅助设计课 工艺美术级： 11 班 吴丹任课教师： 第一学期2012~2013学年度一、课程性质和任务 （一）课程性质： 1、本课程适合于建筑工程专业 2、本课程属于技能基础课程 3、本课程属于专业必修课 （二）课程任务： 1、《计算机辅助设计----Auto CAD2004》是介绍在工程领域利用计算机技术进行辅助设计的理论与技术的学科，在工程设计等领域的应用日趋广泛，利用计算机的高效、快速、准确的计算和绘图能力，结合设计人员的经验和知识已成为今天完成工程设计的主要手段。 2、通过本门课程的学习，使学生了解计算机辅助工程设计的基本知识，掌握基本理论，具备计算机辅助设计的基本能力和技巧。 二、教学目标选择 （一）知识目标 了解计算机辅助设计产生及发展背景，在各行各业的应用情况，发展趋势等。熟悉操作环境、操作界面、绘图的一般流程，掌握辅助设计绘图的操作方法。 （二）能力（技能）目标 了解绘图的一般操作步骤。掌握基本的绘图命令，了解编辑绘图的一般步骤，掌握基本编辑命令和操作方法。掌握有关图案填充的命令和操作方法。了解文字式样设 置、 . . . . 注写和编辑的操作方法。了解块、外部参照的基本概念。掌握块创建、使用和块属性的尺寸标注、尺寸编辑、了解尺寸组成、标注步骤等概念。掌握尺寸样式设定、操作方法。形位公差标注的有关命令和操作方法。掌握显示控制的有关命令和操作方法。熟练掌握有关设计中心、查询和辅助功能的命令和操作方法。掌握图形输出及图形打印管理的有关命令和操作方法。（三）素质（态

度）目标要求学生对计算机辅助设计的现状和发展趋势有一个较为全面的了解，熟悉较新流 行的计算机辅助设计软件，掌握其基本命令和操作方法。能够利用计算机进行本专业简单的设计工作，具备设计绘制建筑工程设计等平面图形的能力。 ----绪论教学课题：第一章2 本课题教时数：的基本功能和在设计中的应用教学目的：了解Auto CAD 的方法教学重点、难点：学习CAD 讲授教学方法：教学过程：的基本功能介绍一、Auto CAD AutuCAD计算机绘图技术是当今时代每个工程技术人员不可缺少的应用技术手段。公司开发的专门用于计算机绘图的软件，该软件具有简单易学、准确Autodesk是美国无误的特点，对于从事工程设计的人员，需要在相应专业软件应用的基础上，应用本软件进行一些补充修改以及特殊图形的绘制，使工程设计图纸更加完善全面，对于施工等领域的工程技术人员，可应用本软件进行工程竣工图的绘制。因此，熟练掌握本软件的操作应用，可以大大降低工程技术人员的工作强度，提高工作效率。具有完善的图形绘制功能。(1) (2)有强大的图形编辑功能。 (3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。 (4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。 (5)支持多种 硬件设备。 (6)支持多种操作平台具有通用性、易用性，适用于各类用户(7)Auto CAD二、启动，双击该图 AutoCAD安装后会在桌面上出现一个快捷方式图标AutoCAD 2004AutoCAD 2004后，直接进入标可以启动AutoCAD 2004，启动工作界面。 的方法三、学习CAD Auto CAD基本命令、熟悉1Auto CAD操作环境，切实掌握、跟随实例上机演练，巩固所学知识2 . . . . 3、结合专业学习Auto CAD实用技巧，提高实际解决问题的能力。 四、欣赏Auto CAD作品 教学课题：第二章第一节----Auto CAD工作界面和基本操作、图形文件管理 本课题教时数：2 教学目的：本课程的作用在于培养学生掌握造型设计的基本知识、基本理论和基本方法 教学重点、难点：熟悉Auto CAD的工作界面及各组成部分的功能，学会如何下达命令及产生错误后怎样处理等。 教学方法：讲授法、演练法、任务驱使法 教学过程： 一、Auto CAD的工作界面布局

光学薄膜技术及其应用

光学薄膜技术及其应用 张三1409074201 摘要：介绍了传统光学薄膜的原理，根据薄膜干涉的基本原理及其特点，介绍了光学薄膜的性能、制备技术，研究了光学薄膜在的应用和今后的发展趋势。 关键词：光学薄膜、薄膜干涉、应用、薄膜制备 引言： 光学薄膜是指在光学玻璃、光学塑料、光纤、晶体等各种材料的表面上镀制一层或多层薄膜，基于薄膜内光的干涉效应来改变透射光或反射光的强度、偏振状态和相位变化的光学元件，是现代光学仪器和光学器件的重要组成部分。 光学薄膜技术的发展对促进和推动科学技术现代化和仪器微型化起着十分重要的作用，光学薄膜在各个新兴科学技术中都得到了广泛的应用。 本文在简单叙述薄膜干涉的一些相关原理的基础上，介绍了光学薄膜常见的几种制备方法，研究了光学薄膜技术的相关应用，并且展望了光学薄膜研究的广阔前景。 正文： 1.光学薄膜的原理 光学薄膜的直接理论基础是薄膜光学, 它是建立在光的干涉效应基础上的、论述光在分层介质中传播行为。一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面或上、下表面分别反射出两列光波，这两列相干光波相遇后叠加产生干涉。该理论可以比较准确地描述光在数十微米层、纳米层甚至原子层厚的薄膜中的传播行为,由此设计出不同波长、不同性能、适应不同要求的光学薄膜元件。 2.光学薄膜的性质及功能 光学薄膜最基本的功能是反射、减反射和光谱调控。依靠反射功能, 它可以把光束按不同的要求折转到空间各个方位；依靠减反射功能，它可以将光束在元件表面或界面的损耗减少到极致, 完美地实现现代光学仪器和光学系统的设计功能；依靠它的光谱调控功能, 实现光学系统中的色度变换, 获得五彩缤纷的颜色世界。 不仅如此, 光学薄膜又是光学系统中的偏振调控、相位调控以及光电、光热和光声等功能调控元件, 光学薄膜的这些功能, 在激光技术、光电子技术、光通信技术、光显示技术和光存储技术等现代光学技术中得到充分的应用, 促进了相关技术和学科的发展。 3.传统光学薄膜和新型光学薄膜 3.1传统光学薄膜 传统的光学薄膜是以光的干涉为基础。光波是一种电磁波，根据其波长的不同可分成红外线、可见光和紫外线等，当光波投射到物体上时，有一部分在它表面上被反射，其余部分经折射进入到该物体中，其中有一部分被吸收变为热能，剩的部分透射。不同的物质对光有不同的反射、吸收、透射性能，光学薄膜就是利用材料对光的这种性能，并根据实际需要制造的。 传统光学薄膜就是利用材料的这种特性，对光线产生特异性行为。传统光学薄膜有反射膜、增透膜、滤光膜、纳米光学薄膜、偏振膜、分光膜、和位相膜等。 3.2新型光学薄膜 现代科学技术特别是激光技术和信息光学的发展，光学薄膜不仅用于纯光学器件，在光电器件、光通信器件上也得到广泛的应用。近代信息光学、光电子技术及光子技术的发展，对光学薄膜产品的长寿命、高可靠性及高强度的要求越来越高，从而发展了一系列新型光学薄膜及其制备技术，并为解决光学薄膜产业化面临的问题提供了全面的解决方案，包括高强度激光器、金刚石及类金刚石膜、软Ｘ射线多层膜、太阳能选择性吸收膜和光通信用光学膜等。