基于遺傳算法的透射光譜法測量薄膜光學參數

周偉 賈宏志 涂建坤

摘要：

基于多光束干涉理論建立了單層薄膜的透射率模型，并且得到了薄膜透射率與厚度及折射率之間的關系的數學模型，進而利用遺傳算法求解該數學模型。根據薄膜透射光譜數學模型的特殊性，按照實際的精度需求，有針對性地選取了遺傳算法中種群大小、交叉概率和變異概率等關鍵參數，并且針對透射光譜的具體情況，設計了離散化的適應度函數。最終的擬合結果表明，基于遺傳算法的透射光譜法能夠快速、準確地得到薄膜的光學參數。

關鍵詞：

透射光譜； 薄膜光學參數； 遺傳算法

中圖分類號： TN 20文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2016.06.013

Abstract：

Mathematic model of the transmitted spectrum of thin films was established by multibeam interference theory.The relationship of transmittance，thickness and refractive index was built. Then the mathematic model could be solved with the genetic algorithm. In consideration of the special character of the optical film value of key parameters of genetic algorithm would be a special choice. Key parameters included population size crossover probability and mutation probability. Fitness function was designed to be discretized. Finally the fitting results proved that the method could calculate the parameters of optical films at the same time.

Keywords：

transmitted spectrum； thin film optical parameters； genetic algorithm

引言

隨著現代光學技術的發展，光學薄膜成為提高各種光學元器件性能的一種重要手段。近幾年新的薄膜技術的國家標準相應出臺[1]，也使薄膜參數的檢測方法受到更多的重視。目前，制備光學薄膜的主要工藝包括：物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）和溶膠凝膠法等。物理氣相沉積主要包括：熱蒸發、濺射、離子鍍等[2]。

現有的薄膜參數測試方法很難同時測量薄膜的各個參數。測量薄膜厚度的常用儀器有：臺階儀、橢偏儀[3]。臺階儀通過金屬探針在樣品表面劃動，檢測出臺階狀薄膜表面的高度差，因有物理接觸會劃傷樣品表面，而且必須在樣品表面構建臺階結構。橢偏儀通過測試透射的偏振光的偏振性變化，可以得到樣品的厚度，雖然精度較高，但是需要已知材料的折射率。測量薄膜材料的折射率可以通過薄膜波導法，在一定的波長范圍內，通過導模的泄露模雖然可以測得某確定波長的折射率和大致的薄膜厚度，但是需要薄膜的厚度達到一定的條件，并且只能測試某些特定波長的折射率。……