【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳光学光场调控领域，尤其涉及一种非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法、装置及滤波器。
技术介绍
1、角度滤波器是指可以控制特定频率处、不同入射方向的波的透射或反射的器件，可以实现对不同入射方向的光波的选择。为达到上述目的，要求角度滤波器在一定角度范围内实现高透射率，其他角度范围内实现低透射率。其中实现正入射高透射率，同时抑制其他角度的准直滤波器应用最为广泛，在投影显示、移动设备和增强/虚拟现实等领域有着广阔的市场。
2、常见的实现角度滤波的方法主要有一维光栅、超表面和光子晶体。一维光栅的制作虽然较为成熟，但存在多个衍射方向，所以仍然有一部分是大角度出光；而超表面的方案从设计到制作需要花费大量时间和成本，不利于实际工业化生产。周期性多层膜系结构，也称为一维光子晶体，常用做分布式布拉格反射镜，实现对某个波长带宽的高反射率；一般的一维光子晶体作为角度滤波器常设计为周期性等厚度结构，即不同介质膜层周期性排列，相同介质膜层厚度相同，而一旦由于制备误差的存在，达不到设计精度，将破坏周期性结构，常与设计值误差较大。
3、综上所述，现有的角度滤波器设计方法无法实现良好的带宽和厚度鲁棒性。
4、以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路p>
1、本专利技术的目的是提供一种能够实现良好的带宽和厚度鲁棒性的角度滤波器及其设计方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，角度滤波器包括非周期多层膜结构，所述非周期多层膜结构包括多层沿着所述非周期多层膜结构的厚度方向依次层叠设置的介质膜，至少两层所述介质膜的厚度不同，所述方法包括以下步骤：
4、s1：构建适应度函数，其中，所述适应度函数的输入参量包括非周期多层膜结构的透射率，所述适应度函数的输出参量为表征角度滤波器性能的适应度值；
5、s2：在预设的厚度范围内，确定各层介质膜的初始厚度，将所述初始厚度作为当前厚度；
6、s3：将各层介质膜的当前厚度导入传输矩阵，以计算对应的非周期多层膜结构的透射率；
7、s4：将所述透射率输入所述适应度函数，判断所述适应度函数输出的适应度值是否达到预设阈值；
8、s5：若所述适应度函数输出的适应度值未达到所述预设阈值，则对各层介质膜的当前厚度进行优化，将优化后的厚度作为所述当前厚度，并返回s3，直至所述适应度函数输出的适应度值达到所述预设阈值；
9、s6：将各层介质膜的当前厚度作为设计结果。
10、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述适应度函数用于对不同波长、角度以及厚度的透射率进行加权计算得到所述适应度值；
11、其中，所述对不同波长、角度以及厚度的透射率进行加权计算得到所述适应度值，包括：
12、获取预设波长范围与预设角度范围；其中，所述预设角度范围包括高透射角度范围与低透射角度范围，所述预设波长范围包括多个波长，所述高透射角度范围与所述低透射角度范围均包括多个入射角度；
13、对所述预设波长范围内所有波长对应的当前透射率进行加权求和，得到所述适应度值；
14、其中，所述当前透射率与所述高透射角度范围内的平均透射率以及低透射角度范围内的平均透射率相关。
15、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述对所述预设波长范围内所有波长对应的当前透射率进行加权求和，得到所述适应度值，包括：
16、将当前波长、当前厚度以及所述高透射角度范围中的每个入射角度输入所述传输矩阵，得到多个透射率；对所有所述透射率进行平均，得到平均高透射率；
17、将所述当前波长、所述当前厚度以及所述低透射角度范围中的每个入射角度输入所述传输矩阵，得到多个透射率；对所有所述透射率进行平均，得到平均低透射率；
18、对所述平均高透射率与所述平均低透射率进行加权求和，得到所述当前透射率。
19、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述适应度函数的输入参量还包括多层膜结构的各介质膜的厚度；
20、所述适应度函数为：
21、
22、其中， w(λ)= exp(－0.5((λ-λcenter)/σ)2)；
23、其中， fitness为适应度值， w(λ)为波长权重，λcenter是所述预设波长范围的中心波长，σ是高斯分布的标准差，t(λ,θ,d)为波长λ、角度 θ、厚度 d对应的透射率；ω1是所述高透射角度范围 θ t对应的透射率的权重，ω2是所述低透射角度范围 θ 0对应的透射率的权重；| θ t|为高透射角度范围中角度的个数，| θ 0|为低透射角度范围中角度的个数； λ max为所述预设波长范围中的最大入射波长， λ min为所述预设波长范围中的最小入射波长。
24、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述将各层介质膜的当前厚度导入传输矩阵，以计算对应的非周期多层膜结构的透射率，包括：
25、基于预设波长范围中的每个波长、所述当前厚度以及预设角度范围中的每个入射角度，计算出传输矩阵的值；
26、基于所述传输矩阵的值，计算得到透射系数；
27、基于透射系数计算得到透射率。
28、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述多层膜结构的第 j层介质膜的传输矩阵mj为
29、
30、其中，δ j＝(2π/ λ j)× n j× d j×cos θ j， θ j为第 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，角度滤波器包括非周期多层膜结构，所述非周期多层膜结构包括多层沿着所述非周期多层膜结构的厚度方向依次层叠设置的介质膜，至少两层所述介质膜的厚度不同，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述适应度函数用于对不同波长、角度以及厚度的透射率进行加权计算得到所述适应度值；
3.根据权利要求2所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述对所述预设波长范围内所有波长对应的当前透射率进行加权求和，得到所述适应度值，包括：
4.根据权利要求2或3所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述适应度函数的输入参量还包括多层膜结构的各介质膜的厚度；
5.根据权利要求1所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述将各层介质膜的当前厚度导入传输矩阵，以计算对应的非周期多层膜结构的透射率，包括：
6. 根据权利要求5所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其
7.根据权利要求1所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述S5之后、S6之前还包括：
8.根据权利要求7所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述基于厚度随机误差和当前厚度，计算所述适应度值的步骤包括：
9.一种基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计装置，其特征在于，用于设计包括非周期多层膜结构的角度滤波器，所述非周期多层膜结构包括多层沿着所述非周期多层膜结构的厚度方向依次层叠设置的介质膜，至少两层所述介质膜的厚度不同，所述角度滤波器设计装置包括以下模块：
10.一种非周期多层膜结构的角度滤波器，其特征在于，包括非周期多层膜结构，所述非周期多层膜结构包括多层沿着所述非周期多层膜结构的厚度方向依次层叠设置的介质膜，至少两层所述介质膜的厚度不同；
...【技术特征摘要】
1.一种基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，角度滤波器包括非周期多层膜结构，所述非周期多层膜结构包括多层沿着所述非周期多层膜结构的厚度方向依次层叠设置的介质膜，至少两层所述介质膜的厚度不同，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述适应度函数用于对不同波长、角度以及厚度的透射率进行加权计算得到所述适应度值；
3.根据权利要求2所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述对所述预设波长范围内所有波长对应的当前透射率进行加权求和，得到所述适应度值，包括：
4.根据权利要求2或3所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述适应度函数的输入参量还包括多层膜结构的各介质膜的厚度；
5.根据权利要求1所述的基于非周期多层膜结构的角度滤波器设计方法，其特征在于，所述将各层介质膜的当前厚度导入传输矩阵，以计算对...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙倜，张同友，许峰，曹冰，王钦华，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。