结构参数计算方法和结构参数计算装置与流程

本发明涉及光学薄膜制造技术领域，具体而言，涉及一种结构参数计算方法和结构参数计算装置。

背景技术

高性能红外激光反射膜是高功率激光器的重要元件，主要用于高能量激光光束的传输。其中，激光反射膜的综合性能(光谱/残余应力以及损伤阈值)直接决定了注入激光器的光束质量以及输出功率。

现有的激光反射膜在设计过程中主要基于光学性能指标确定其膜层结构参数，导致基于该指标设计制造的激光反射膜存在综合性能较差的问题，例如，残余应力过高或容易在强电场作用下发生激光损伤的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构参数计算方法和结构参数计算装置，以改善通过现有技术制造的激光反射膜存在综合性能较差的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种结构参数计算方法，用于对激光反射膜的结构参数进行计算，所述方法包括：

获取需要制作的激光反射膜的反射率、残余应力以及电场强度，其中，所述激光反射膜包括内部周期结构和外部匹配结构，所述内部周期结构包括多层子结构，每一层子结构包括第一高折射层和第一低折射层，所述外部匹配结构包括第二高折射层和第二低折射层；

根据所述反射率计算得到所述多层子结构的层数，根据所述残余应力计算得到所述第一高折射层和所述第一低折射层的厚度比，并根据所述电场强度计算得到所述第二高折射层的厚度和所述第二低折射层的厚度。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述结构参数计算方法中，所述激光反射膜还包括基底，所述内部周期结构位于所述基底的一面，所述外部匹配结构位于所述内部周期结构远离所述基底的一面，所述根据所述反射率计算得到所述多层子结构的层数的步骤包括：

获取所述基底的折射率、所述第一高折射层的折射率以及所述第一低折射层的折射率；

根据获取的反射率和折射率按照第一预设计算公式计算得到所述多层子结构的层数。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述结构参数计算方法中，所述第一预设计算公式包括：

其中，r为反射率，nh为第一高折射层的折射率，nl为第一低折射层的折射率，ng为基底的折射率，p为子结构的层数。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述结构参数计算方法中，所述根据所述残余应力计算得到所述第一高折射层和所述第一低折射层的厚度比的步骤包括：

获取所述第一高折射层对应的材料在单独沉积时的平均应力和所述第一低折射层对应的材料在单独沉积时的平均应力；

根据获取的残余应力和平均应力按照第二预设计算公式计算得到所述第一高折射层和所述第一低折射层的厚度比。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述结构参数计算方法中，所述第二预设计算公式包括：

其中，σtotal为残余应力，m为第一高折射层的厚度，n为第一低折射层的厚度，σh为第一高折射层对应的平均应力，σl为第一低折射层对应的平均应力，f为基于多层子结构的层数和第一高折射层与第一低折射层之间的膜层界面应力确定的一固定值。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述结构参数计算方法中，所述根据所述电场强度计算得到所述第二高折射层的厚度和所述第二低折射层的厚度的步骤包括：

获取所述第二高折射层的折射率和所述第二低折射层的折射率；

根据获取的电场强度和折射率计算得到所述第二高折射层的厚度和所述第二低折射层的厚度。

本发明实施例还提供了一种结构参数计算装置，用于对激光反射膜的结构参数进行计算，所述装置包括：

性能参数获取模块，用于获取需要制作的激光反射膜的反射率、残余应力以及电场强度，其中，所述激光反射膜包括内部周期结构和外部匹配结构，所述内部周期结构包括多层子结构，每一层子结构包括第一高折射层和第一低折射层，所述外部匹配结构包括第二高折射层和第二低折射层；

结构参数计算模块，用于根据所述反射率计算得到所述多层子结构的层数，根据所述残余应力计算得到所述第一高折射层和所述第一低折射层的厚度比，并根据所述电场强度计算得到所述第二高折射层的厚度和所述第二低折射层的厚度。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述结构参数计算装置中，所述激光反射膜还包括基底，所述内部周期结构位于所述基底的一面，所述外部匹配结构位于所述内部周期结构远离所述基底的一面，所述性能参数获取模块包括：

第一折射率获取子模块，用于获取所述基底的折射率、所述第一高折射层的折射率以及所述第一低折射层的折射率；

层数计算子模块，用于根据获取的反射率和折射率按照第一预设计算公式计算得到所述多层子结构的层数。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述结构参数计算装置中，所述性能参数获取模块还包括：

平均应力获取子模块，用于获取所述第一高折射层对应的材料在单独沉积时的平均应力和所述第一低折射层对应的材料在单独沉积时的平均应力；

厚度比计算子模块，用于根据获取的残余应力和平均应力按照第二预设计算公式计算得到所述第一高折射层和所述第一低折射层的厚度比。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述结构参数计算装置中，所述性能参数获取模块还包括：

第二折射率获取子模块，用于获取所述第二高折射层的折射率和所述第二低折射层的折射率；

厚度计算子模块，用于根据获取的电场强度和折射率计算得到所述第二高折射层的厚度和所述第二低折射层的厚度。

本发明提供的结构参数计算方法和结构参数计算装置，通过基于反射率、残余应力以及电场强度对激光反射膜的结构参数进行计算，可以使得基于该结构参数制造的激光反射膜具有较好的性能，可以满足在反射率、残余应力以及电场强度多方向上的需求，进而改善现有技术中制造的激光反射膜因只能满足光谱特性要求而存在综合性能较差的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电子设备的结构框图。

图2为本发明实施例提供的结构参数计算方法的流程示意图。

图3为本发明实施例提供的激光反射膜的结构示意图。

图4为图2中步骤s130的流程示意图。

图5为图2中步骤s130的另一流程示意图。

图6为图2中步骤s130的另一流程示意图。

图7为本发明实施例提供的结构参数计算装置的结构框图。

图8为本发明实施例提供的结构参数计算模块的结构框图。

图9为本发明实施例提供的结构参数计算模块的另一结构框图。

图10为本发明实施例提供的结构参数计算模块的另一结构框图。

图标：10-电子设备；12-存储器；14-处理器；100-结构参数计算装置；110-性能参数获取模块；130-结构参数计算模块；131-第一折射率获取子模块；132-层数计算子模块；134-平均应力获取子模块；135-厚度比计算子模块；137-第二折射率获取子模块；138-厚度计算子模块；200-激光反射膜；210-基底；230-内部周期结构；231-第一高折射层；233-第一低折射层；250-外部匹配结构；251-第二高折射层；253-第二低折射层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明实施例提供了一种电子设备10，可以包括存储器12、处理器14和结构参数计算装置100。

所述存储器12和处理器14之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述结构参数计算装置100包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器12中的软件功能模块。所述处理器14用于执行所述存储器12中存储的可执行的计算机程序，例如，所述结构参数计算装置100所包括的软件功能模块及计算机程序等，以实现结构参数计算方法。

其中，所述存储器12可以是，但不限于，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，只读存储器(readonlymemory，rom)，可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。其中，存储器12用于存储程序，所述处理器14在接收到执行指令后，执行所述程序。

所述处理器14可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器14可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

可以理解，图1所示的结构仅为示意，所述电子设备10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

可选地，所述电子设备10的具体类型不受限制，例如，可以是，但不限于，智能手机、个人电脑(personalcomputer，pc)、平板电脑、个人数字助理(personaldigitalassistant，pda)、移动上网设备(mobileinternetdevice，mid)、web(网站)服务器、数据服务器、电脑、移动上网设备(mobileinternetdevice，mid)等具有处理功能的设备。

结合图2和图3，本发明实施例还提供一种可应用于上述电子设备10的结构参数计算方法。其中，所述方法有关的流程所定义的方法步骤可以由所述处理器14实现。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。

步骤s110，获取需要制作的激光反射膜200的反射率、残余应力以及电场强度。

在本实施例中，所述激光反射膜200可以包括基底210、内部周期结构230和外部匹配结构250，所述内部周期结构230可以位于所述基底210的一面，所述外部匹配结构250可以位于所述内部周期结构230远离所述基底210的一面。

并且，所述内部周期结构230包括多层子结构，每一层子结构包括第一高折射层231和第一低折射层233，且在一层子结构中靠近所述基底210的为第一高折射层231、远离所述基底210的第一低折射层233，各层子结构中的第一高折射层231的厚度与折射率相同，各层子结构中的第一低折射层233的厚度与折射率相同。所述外部匹配结构250包括第二高折射层251和第二低折射层253，在该外部匹配结构250中靠近所述内部周期结构230的为第二高折射层251、远离所述内部周期结构230的为第二低折射层253。

其中，所述基底210的材料不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，可以包括，但不限于熔石英或者ubk7玻璃等。

所述第一高折射层231和所述第二高折射层251的材料不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，并且，所述第一高折射层231和所述第二高折射层251的材料既可以是相同的，也可以是不同的，例如，可以都是氧化铪。

并且，所述第一低折射层233和所述第二低折射层253的材料也不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，并且，所述第一低折射层233和所述第二低折射层253的材料既可以是相同的，也可以是不同的，例如，可以都是氧化硅。

可选地，所述反射率、残余应力以及电场强度具体数值不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，所述反射率可以大于99.5％，所述残余应力可以小于50mpa。

步骤s130，根据所述反射率计算得到所述多层子结构的层数，根据所述残余应力计算得到所述第一高折射层231和所述第一低折射层233的厚度比，并根据所述电场强度计算得到所述第二高折射层251的厚度和所述第二低折射层253的厚度。

在本实施例中，考虑到所述激光反射膜200的反射率主要与多层子结构的层数相关，残余应力主要与第一高折射层231和第一低折射层233的厚度比相关，并且，电场强度主要与第二高折射层251的厚度和第二低折射层253的厚度相关，因此，在需要计算对应的结构参数时，可以通过获取相应的光学性能参数以计算。

可选地，在执行步骤s130以计算多层子结构的层数的具体计算方式不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，可以根据计算的层数的精度要求进行设置。在本实施例中，考虑到所述基底210的折射率、所述第一高折射层231的折射率以及所述第一低折射层233的折射率会在一定程度上对反射率有影响，因此，结合图4，步骤s130可以包括步骤s131和步骤s132，以计算得到多层子结构的层数。

步骤s131，获取所述基底210的折射率、所述第一高折射层231的折射率以及所述第一低折射层233的折射率。

步骤s132，根据获取的反射率和折射率按照第一预设计算公式计算得到所述多层子结构的层数。

在本实施例中，通过需要的反射率、基底210的折射率、第一高折射层231的折射率以及第一低折射层233的折射率按照第一预设计算公式可以计算得到多层子结构的层数。

其中，所述第一预设计算公式的具体内容不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，可以根据反射率、基底210的折射率、第一高折射层231的折射率以及第一低折射层233的折射率中各参数对层数的影响程度大小进行设置。在本实施例中，提供一种可行的计算公式，可以包括：

其中，r为反射率，nh为第一高折射层231的折射率，nl为第一低折射层233的折射率，ng为基底210的折射率，p为子结构的层数。

在所述基底210、第一高折射层231以及第一低折射层233的材料确定之后，对应地，所述基底210、第一高折射层231以及第一低折射层233的折射率可以确定，因此，可以基于实际应用需求中对反射率具体数值需求以计算得到子结构的层数。

可选地，在执行步骤s130以计算第一高折射层231和第一低折射层233的厚度比的具体计算方式不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，可以根据对计算的厚度比的精度要求进行设置。在本实施例中，考虑到第一高折射层231对应的材料在单独沉积时的平均应力和第一低折射层233对应的材料在单独沉积时的平均应力会在一定程度上对残余应力有影响，因此，结合图5，步骤s130还可以包括步骤s134和步骤s135，以计算得到第一高折射层231和第一低折射层233的厚度比。

步骤s134，获取所述第一高折射层231对应的材料在单独沉积时的平均应力和所述第一低折射层233对应的材料在单独沉积时的平均应力。

步骤s135，根据获取的残余应力和平均应力按照第二预设计算公式计算得到所述第一高折射层231和所述第一低折射层233的厚度比。

在本实施例中，通过需要的残余应力、第一高折射层231对应的平均应力以及第一低折射层233的平均应力按照第二预设计算公式可以计算得到第一高折射层231和第一低折射层233的厚度比。

可选地，所述第二预设计算公式的具体内容不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，可以根据残余应力、第一高折射层231对应的平均应力以及第一低折射层233的平均应力对厚度比影响的程度大小进行设置，在本实施例中，提供一种可行的计算公式，可以包括：

其中，σtotal为残余应力，m为第一高折射层231的厚度，n为第一低折射层233的厚度，σh为第一高折射层231对应的平均应力，σl为第一低折射层233对应的平均应力，f为基于多层子结构的层数和第一高折射层231与第一低折射层233之间的膜层界面应力确定的一固定值。

在本实施例中，在第一高折射层231的材料和第一低折射层233的材料确定之后，对应地，第一高折射层231对应的平均应力、第一低折射层233对应的平均应力以及第一高折射层231与第一低折射层233之间的膜层界面应力也就为一确定值，因此，在需要的残余应力确定之后，可以计算得到第一高折射层231和第一低折射层233的厚度比。

可选地，在执行步骤s130以计算第二高折射层251的厚度和第二低折射层253的厚度的具体计算方式不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，可以根据对计算的厚度的精度要求进行设置。在本实施例中，考虑到第二高折射层251的折射率和第二低折射层253的折射率会在一定程度上对电场强度有影响，因此，结合图6，步骤s130还可以包括步骤s137和步骤s138，以计算得到第一高折射层231的厚度和第一低折射层233比。

步骤s137，获取所述第二高折射层251的折射率和所述第二低折射层253的折射率。

步骤s138，根据获取的电场强度和折射率计算得到所述第二高折射层251的厚度和所述第二低折射层253的厚度。

在本实施例中，计算第二高折射层251的厚度和第二低折射层253的厚度的具体计算方式不受限制，只要计算得到的厚度能够使外部匹配结构250与空气之间的界面、第二高折射层251与第二低折射层253之间的界面的驻波电场强度为最大值即可。

结合图7，本发明实施例还提供一种可应用于上述电子设备10的结构参数计算装置100。其中，所述结构参数计算装置100可以包括性能参数获取模块110和结构参数计算模块130。

所述性能参数获取模块110，用于获取需要制作的激光反射膜200的反射率、残余应力以及电场强度，其中，所述激光反射膜200包括内部周期结构230和外部匹配结构250，所述内部周期结构230包括多层子结构，每一层子结构包括第一高折射层231和第一低折射层233，所述外部匹配结构250包括第二高折射层251和第二低折射层253。在本实施例中，所述性能参数获取模块110可用于执行图2所示的步骤s110，关于所述性能参数获取模块110的具体描述可以参照前文对步骤s110的描述。

所述结构参数计算模块130，用于根据所述反射率计算得到所述多层子结构的层数，根据所述残余应力计算得到所述第一高折射层231和所述第一低折射层233的厚度比，并根据所述电场强度计算得到所述第二高折射层251的厚度和所述第二低折射层253的厚度。在本实施例中，所述结构参数计算模块130可用于执行图2所示的步骤s130，关于所述结构参数计算模块130的具体描述可以参照前文对步骤s130的描述。

结合图8，在本实施例中，所述性能参数获取模块110可以包括第一折射率获取子模块131和层数计算子模块132。

所述第一折射率获取子模块131，用于获取所述基底210的折射率、所述第一高折射层231的折射率以及所述第一低折射层233的折射率。在本实施例中，所述第一折射率获取子模块131可用于执行图4所示的步骤s131，关于所述第一折射率获取子模块131的具体描述可以参照前文对步骤s131的描述。

所述层数计算子模块132，用于根据获取的反射率和折射率按照第一预设计算公式计算得到所述多层子结构的层数。在本实施例中，所述层数计算子模块132可用于执行图4所示的步骤s132，关于所述层数计算子模块132的具体描述可以参照前文对步骤s132的描述。

结合图9，在本实施例中，所述性能参数获取模块110还可以包括平均应力获取子模块134和厚度比计算子模块135。

所述平均应力获取子模块134，用于获取所述第一高折射层231对应的材料在单独沉积时的平均应力和所述第一低折射层233对应的材料在单独沉积时的平均应力。在本实施例中，所述平均应力获取子模块134可用于执行图5所示的步骤s134，关于所述平均应力获取子模块134的具体描述可以参照前文对步骤s134的描述。

所述厚度比计算子模块135，用于根据获取的残余应力和平均应力按照第二预设计算公式计算得到所述第一高折射层231和所述第一低折射层233的厚度比。在本实施例中，所述厚度比计算子模块135可用于执行图5所示的步骤s135，关于所述厚度比计算子模块135的具体描述可以参照前文对步骤s135的描述。

结合图10，在本实施例中，所述性能参数获取模块110还可以包括第二折射率获取子模块137和厚度计算子模块138。

所述第二折射率获取子模块137，用于获取所述第二高折射层251的折射率和所述第二低折射层253的折射率。在本实施例中，所述第二折射率获取子模块137可用于执行图6所示的步骤s137，关于所述第二折射率获取子模块137的具体描述可以参照前文对步骤s137的描述。

所述厚度计算子模块138，用于根据获取的电场强度和折射率计算得到所述第二高折射层251的厚度和所述第二低折射层253的厚度。在本实施例中，所述厚度计算子模块138可用于执行图6所示的步骤s138，关于所述厚度计算子模块138的具体描述可以参照前文对步骤s138的描述。

综上所述，本发明提供的结构参数计算方法和结构参数计算装置100，通过基于反射率、残余应力以及电场强度对激光反射膜200的结构参数进行计算，可以使得基于该结构参数制造的激光反射膜200具有较好的性能，可以满足在反射率、残余应力以及电场强度多方向上的需求，进而改善现有技术中制造的激光反射膜200因只能满足光谱特性要求而存在综合性能较差的问题。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。