[发明专利]SPR相位测量金属薄膜厚度和光学常数SAPSO方法

权利要求书

1.一种SPR相位测量金属薄膜厚度和光学常数SAPSO方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过SPR相位测量装置测量在入射光波长固定、不同入射角下的金属薄膜的干涉条纹信息；

2)通过处理步骤1)得到的干涉条纹，获得相位差与入射角的关系曲线，入射角范围为由棱镜-金属膜-空气结构确定的可激发SPR效应的角度范围；

3)从步骤2)获得的关系曲线中选取相位差数据代入目标函数，并预设迭代次数和最小逼近误差值为反演计算终止条件，所述

目标函数

其中，N_exp是Δφ_exp的个数，表示的是从入射角与相位差关系曲线上提取的第i'个参考点的相位差，是通过反解算法计算得到的相位差值，而a代表的是一个包含需要确定参数的向量，在这里，a＝(n,k,d)^T；

4)利用从步骤3)处获得的包含相位差数据的目标函数，采用模拟退火粒子群算法反演金属薄膜的厚度和光学常数；

5)绘制曲线验证：步骤4)中通过反演算法得到的光学常数和厚度计算相位差值的计算过程为：通过式(5)及(6)的菲涅尔公式可得到反射系数r_pma和相位φ为：

其中

式中i,j分别代表p,a,m₁；

由式(5)-(9)可知相位φ与金属薄膜厚度d，入射角θ和金属薄膜的介电常数有关，而介电常数又可由ε_real＝n²-k²和ε_imag＝2nk表示，n和k分别为折射率和消光系数，金属薄膜的n,k,d由式(10)得到

Δφ(d,n,k,θ)＝φ_TM(d,n,k,θ)-φ_TE(d,n,k,θ) (10)；

将反演计算所获的金属厚度和光学常数代入公式(10)中，获得入射角与相位差的关系曲线，并将该曲线与实验中所获得的入射角与相位差关系曲线上设定的某一个或几个特定角度点的值进行对比，根据终止条件，看特定角度的点的值的逼近程度，若大于终止条件则回到步骤4)继续迭代计算，反之则退出迭代计算并给出计算结果。

2.根据权利要求1所述的一种SPR相位测量金属薄膜厚度和光学常数SAPSO方法，其特征在于，步骤3)所述相位差数据包括金属薄膜厚度d和折射率n、消光系数k的光学常数信息。

3.根据权利要求1所述的一种SPR相位测量金属薄膜厚度和光学常数SAPSO方法，其特征在于，所述步骤4)中所使用的模拟退火粒子群算法中粒子更新速度为：

v_iD(k+1)＝ω*v_iD(k)+c₁r₁[p_iD(k)-x_iD(k)]+c₂r₂[p_gD(k)-x_iD(k)] (2)

式中，v_iD(k+1)是粒子在k+1时刻的速度，v_iD(k)是粒子在k时刻的速度，r₁和r₂为(0,1)之间的随机数，w代表惯性权重，c₁和c₂为加速因子，分别代表粒子的认知和社会权重，

其中，

式中，ω_max和ω_min分别代表最大和最小惯性权重,f代表当前目标函数值，f_min和f_avg代表最小和平均函数值；c₁和c₂为动态值，c_1,ini和c_2,ini代表初始值，c_1,fin和c_2,fin代表终值；t代表当前迭代次数，t_max代表总迭代次数。