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infotek

2025-10-15 08:03

VirtualLab Unity應(yīng)用：天文望遠(yuǎn)鏡中的金屬-介質(zhì)高反射膜

摘要
在本應(yīng)用案例中，通過(guò)合理的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并結(jié)合后續(xù)優(yōu)化，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種金屬-介質(zhì)高反膜，能夠在可見(jiàn)光和近紅外都提高都具有良好的反射效果，滿足了天文觀測(cè)要求。

應(yīng)用場(chǎng)景
在天文觀測(cè)中，由于需要觀測(cè)早期星系和深空?qǐng)D像，所以工作波段要求較寬，需要覆蓋可見(jiàn)光和近紅外（400~1100nm)。本案例中通過(guò)優(yōu)化初始結(jié)構(gòu)的層厚度，目標(biāo)是在工作波段平均反射率＞93%。

設(shè)計(jì)結(jié)果
優(yōu)化后的結(jié)果如上所示，右圖展示了最終的光譜數(shù)據(jù)，工作波段的平均反射率為93.545%，滿足設(shè)計(jì)要求。

設(shè)計(jì)流程

為了滿足深空?qǐng)D像和早期星系探測(cè)等不同的科學(xué)目標(biāo)，天文望遠(yuǎn)鏡的工作波段需要覆蓋可見(jiàn)光+近紅外波段（400-1100nm)。由于天文望遠(yuǎn)鏡通常的鏡片尺寸較大，所以一般都是采用簡(jiǎn)單低風(fēng)險(xiǎn)的金屬+介質(zhì)反射膜。Al是紫外到紅外區(qū)都有比較高的材料，所以鋁膜最常見(jiàn)的一種作為主鏡的反射鏡。但由于單層鋁膜在反射率有限且在空氣中很容易氧化，常用的方法是在金屬膜層的表面加鍍〖"(HL)" 〗^S 膜堆。
選擇的高低折射率材料分別為 Ce"O" _2 和MgF_2,因?yàn)檫@兩個(gè)材料都均具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，且兩種材料的折射率差距較大，高低折射率交替時(shí)具有較寬的反射帶寬。

使用公式工具構(gòu)建了上述膜系作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，右圖展示了其在400-1100 nm內(nèi)0°入射時(shí)的光譜。可以看出此時(shí)平均反射率沒(méi)有達(dá)標(biāo)。接下來(lái)需要借助優(yōu)化工具進(jìn)一步優(yōu)化介質(zhì)層