[发明专利]一种二元叠层光学材料反射率和透射率光谱的计算方法

摘要

本发明属于光谱领域，具体涉及一种二元叠层光学材料光谱特性的计算方法，特别是涉及一种ZnS/ZnSe叠层红外光学材料反射率和透射率光谱的计算方法。本发明通过建立光在叠层材料轴向传输的物理模型，通过光学非相干传输理论，获得光波通过二元叠层材料后的透反射光谱，建立了ZnS和ZnSe的基本物性和物理厚度与透反射光谱特性之间的物理关系，对于二元叠层材料的光谱计算具有普适性，为二元叠层材料的光波能量调制特性提供理论依据。

主权项

1.一种二元叠层光学材料反射率和透射率光谱的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括如下步骤：(1)计算二元叠层光学材料中各界面的反射率和透射率光谱：假设二元叠层光学材料中，前表面为X介质，后表面为Y介质，所述X介质、Y介质和空气的复折射率分别为N_A、N_B、N₀，入射角为θ₀，则所述X介质和Y介质内的复折射角和如公式(1)所示：二元叠层光学材料中两种介质叠加共形成三个界面，其中，第1界面为空气与X介质之间形成的界面，第2界面为X介质与Y介质之间形成的界面，第3界面为Y介质与空气之间形成的界面；第1界面的反射率和透射率分别为R₁和T₁；第2界面的反射率和透射率分别为R₂和T₂；第3界面的反射率和透射率分别为R₃和T₃；根据公式(2)、(3)和(4)，分别计算第1界面、第2界面和第3界面的反射率，构建各界面的反射率光谱：其中，R_1,s和R_1,p分别为第1界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R_2,s和R_2,p分别为第2界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R_3,s和R_3,p分别为第3界面的S偏振反射率和P偏振反射率；根据第1界面的透射率T₁＝1‑R₁，第2界面的透射率T₂＝1‑R₂，第3界面的透射率T₃＝1‑R₃，分别计算所述第1界面、第2界面和第3界面的透射率，构建各界面的透射率光谱；(2)计算二元叠层光学材料中各介质的内透过率光谱：介质中复折射角的正弦和余弦，如公式(5)所示：其中，s′和s″分别为复折射角的正弦的实部和虚部，c′和c″分别为复折射角的余弦的实部和虚部；介质的等效折射率如公式(6)所示：其中，n和k分别为介质的折射率和消光系数；光线真实传播角度与等效折射率的关系，如公式(7)所示：等效消光系数K与等效折射率的关系，如公式(8)所示：根据公式(5)～(8)，计算介质的等效折射率和等效消光系数K；根据公式(9)计算入射到介质表面的折射光波在介质内部的内透过率u：其中，d为介质的几何厚度，λ为空气中的波长；根据公式(1)和(5)～(9)，分别计算所述X介质和Y介质的内透过率u_x和u_y，构建各介质的内透过率光谱；(3)计算等效界面的反射率和透射率光谱：将第1界面和第2界面等效为界面x，根据公式(10)，计算从空气方向入射的等效反射率R_a，构建从空气方向入射的等效反射率光谱：根据公式(11)，计算从空气方向入射的等效透射率T_a，构建从空气方向入射的等效透射率光谱：根据公式(12)，计算从Y介质方向入射的等效反射率R_x，构建从Y介质方向入射的等效反射率光谱：根据公式(13)，计算从Y介质方向入射的等效透射率T_x，构建从Y介质方向入射的等效透射率光谱：T_x＝T₂u_xT₁+T₂u_xR₁u_xR₂u_xT₁+T₂u_xR₁u_xR₂u_xR₁u_xR₂u_xT₁+…＝T_a   (13)(4)计算整个二元叠层光学材料的反射率和透射率光谱：根据公式(14)，计算整个二元叠层光学材料的反射率R，构建整个二元叠层光学材料的反射率光谱：根据公式(15)，计算整个二元叠层光学材料的透射率T，构建整个二元叠层光学材料的透射率光谱：