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2025-10-15 08:03 |
VirtualLab Unity应用：天文望远镜中的金属-介质高反射膜
摘要 B`g<G e~
在本应用案例中，通过合理的初始结构设计并结合后续优化，我们设计了一种金属-介质高反膜，能够在可见光和近红外都提高都具有良好的反射效果，满足了天文观测要求。 aeG#:
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应用场景 )p^m}N 6M]
在天文观测中，由于需要观测早期星系和深空图像，所以工作波段要求较宽，需要覆盖可见光和近红外（400~1100nm)。本案例中通过优化初始结构的层厚度，目标是在工作波段平均反射率＞93%。 Aivu %}_|
设计结果 P]!LN\[
优化后的结果如上所示，右图展示了最终的光谱数据，工作波段的平均反射率为93.545%，满足设计要求。 k)N2 +/
设计流程 e#l*/G*,
为了满足深空图像和早期星系探测等不同的科学目标， 天文望远镜的工作波段需要覆盖可见光+近红外波段（400-1100nm)。由于天文望远镜通常的镜片尺寸较大，所以一般都是采用简单低风险的金属+介质反射膜。Al是紫外到红外区都有比较高的材料，所以铝膜最常见的一种作为主镜的反射镜。但由于单层铝膜在反射率有限且在空气中很容易氧化，常用的方法是在金属膜层的表面加镀〖"(HL)" 〗^S 膜堆。 :'5G_4y)h
选择的高低折射率材料分别为 Ce"O" _2 和MgF_2,因为这两个材料都均具有较低的热膨胀系数和良好的化学稳定性，且两种材料的折射率差距较大，高低折射率交替时具有较宽的反射带宽。 ?D RFsA
使用公式工具构建了上述膜系作为基础结构，右图展示了其在400-1100 nm内0°入射时的光谱。可以看出此时平均反射率没有达标。接下来需要借助优化工具进一步优化介质层 4 ?9soc
关于公式工具的更多信息: Tutorial: Formula Tool 1$:{ {%
使用Nelder-Mead算法优化非金属层的各层厚度(金属膜层膜厚大于100nm，光谱特性不变，因此不优化金属膜层厚度),目标是在 400~1100nm波段内反射率尽可能大 8vz_~p9%j
关于优化的更多信息: Tutorial: Optimization Workflow GOv9 2$e
优化后的结果如上所示，工作波段的平均反射率为93.545%，满足设计要求。 ddUjs8VvJ
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