摘要
投影機(jī)中所使用的隔紅外紫外濾光片的主要作用是濾除燈源光譜中的紫外光和紅外光。420 nm以下的紫外光會對光學(xué)芯片造成損傷，而700 nm以上的紅外光會導(dǎo)致芯片溫度升高，進(jìn)而影響其壽命。此外，紅外波段對圖像亮度的貢獻(xiàn)可以忽略，因此通常需要濾除波長小于420 nm和大于 700 nm的光譜成分。
在本案例中，通過先分別構(gòu)建長波通和短波通濾光片，用于阻斷紫外與紅外波段，再通過膜系疊加與光譜優(yōu)化，形成可見光透過、紫外與紅外有效抑制的帶通特性濾光片。
應(yīng)用場景
在本案例中，我們采用將長波通與短波通濾光片分別設(shè)計并鍍于鏡片兩側(cè)的方式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整體膜系優(yōu)化，最終實現(xiàn)了一個帶通濾光片，在420–700 nm波段內(nèi)具有高透過率，在250–400 nm與730–1050 nm波段具備高截止能力。
設(shè)計結(jié)果
設(shè)計結(jié)果如圖所示，在 0° 入射條件下，該膜系在 420–700 nm 波段內(nèi)具有高透過率，在 250–400 nm 和 730–1050 nm 波段內(nèi)表現(xiàn)出良好的截止性能，實現(xiàn)了僅透過可見光、有效阻擋紫外和紅外光的設(shè)計目標(biāo)。
設(shè)計流程
首先進(jìn)行長波通濾光片的設(shè)計，初始結(jié)構(gòu)如左圖所示。使用常用的對稱膜堆結(jié)構(gòu)(0.5H L 0.5H)^15作為初始結(jié)構(gòu)。設(shè)計目標(biāo)是在250~400nm為截止區(qū)，截止深度為OD2。420-700nm為通帶，平均反射率越大越好。
使用公式工具構(gòu)建上述初始膜系，并查看其透射光譜。通過在圖表中動態(tài)調(diào)整參考波長，確定了最符合指標(biāo)的截止帶范圍。但此時截止帶寬度仍不足，后續(xù)需要進(jìn)一步拓寬截止帶寬度。
關(guān)于公式工具的更多信息: Tutorial: Formula Tool
軟件可將兩個參考波長不同的膜系繪制于同一光譜圖中（見左圖），并通過項目合并功能預(yù)覽合并后膜系的光譜響應(yīng)（見右圖）。
關(guān)于多項目光譜對比和項目合并的更多信息: Tutorial: 多項目光譜對比和項目合并
膜系疊加后截止帶寬已經(jīng)得到有效拓寬，且截止度已經(jīng)達(dá)標(biāo)。但此時通帶還有較多波紋，接下來將通過優(yōu)化進(jìn)一步改善。
使用Nelder-mead算法優(yōu)化各層厚度，目標(biāo)是250~400nm波段透射率趨近于0%，420~700nm波段透射率趨近于100% 。
關(guān)于優(yōu)化的更多信息: Tutorial: Optimization Workflow
優(yōu)化后通帶波紋已經(jīng)顯著減小， 截止帶和通帶都已滿足設(shè)計指標(biāo)。
使用公式工具構(gòu)建上述初始膜系，并查看其透射光譜。通過在圖表中動態(tài)調(diào)整參考波長，確定了最符合指標(biāo)的截止帶范圍。但此時截止帶寬度仍不足，后續(xù)需要進(jìn)一步拓寬截止帶寬度。
關(guān)于公式工具的更多信息: Tutorial: Formula Tool
軟件可將兩個參考波長不同的膜系繪制于同一光譜圖中（見左圖），并通過項目合并功能預(yù)覽合并后膜系的光譜響應(yīng)（見下圖）。
關(guān)于多項目光譜對比和項目合并的更多信息: Tutorial: 多項目光譜對比和項目合并
膜系疊加后截止帶寬已經(jīng)得到有效拓寬，且截止度已經(jīng)達(dá)標(biāo)。但此時通帶還有較多波紋，接下來將通過優(yōu)化進(jìn)一步改善。
使用Nelder-mead算法優(yōu)化各層厚度，目標(biāo)是400~700nm波段透射率趨近于100%，740~1050nm波段透射率趨近于0%。
關(guān)于優(yōu)化的更多信息: Tutorial: Optimization Workflow
通帶平均透射率已顯著提升，整體性能得到大幅提升。盡管通帶內(nèi)仍存在細(xì)微波紋，但這在短波通濾光片中較為常見，對整體性能影響有限。后續(xù)在與長波通膜系疊加后，會進(jìn)一步優(yōu)化以實現(xiàn)更優(yōu)表現(xiàn)。
隔紅外紫外濾光片是一種寬帶濾光片，可通過在基板一側(cè)鍍制長波通濾光片、另一側(cè)鍍制短波通濾光片實現(xiàn)。在本設(shè)計中，將先前優(yōu)化完成的長波通與短波通膜系分別鍍于基板兩側(cè)，構(gòu)建出濾光片的基本結(jié)構(gòu)。右圖展示了當(dāng)前的透射光譜，可以看出透射帶尚未達(dá)到設(shè)計要求。
目標(biāo)：250~400 nm, 0°入射時的透射率趨近于0% 420~700 nm，0°入射時的透射率趨近于100%
740~1050 nm，0°入射時的透射率趨近于0%
使用trf算法優(yōu)化基板前后所有膜層的厚度，目標(biāo)是在截止帶透射率接近0%，通帶透射率接近100%。
關(guān)于優(yōu)化的更多信息: Tutorial: Optimization Workflow
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