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非周期有序结构的对称性介于周期结构和准周期结构之间,Thue-Morse模型就是一种人们熟知的非周期有序结构。本学位论文主要研究以Thue-Morse非周期超晶格系统中的光学镀膜随机误差对系统的影响,以及误差分布为正态分布的非周期超晶格系统的补偿方法。
首先,我们研究了非周期超晶格光学薄膜系统中的误差对光透率(TC)的影响。根据实际镀膜过程中薄膜厚度按时间监控的方法设计了一种sine误差分布模型,并且以Thue-Morse非周期超晶格模型为例,研究了光在具有膜厚误差的Thue-Morse非周期光学超晶格多层膜系统中的传输。(1)对于简单系统(层数为21-23层)来说,薄膜厚度误差对系统光透射率的影响并不大,光透率与误差成线性关系。在这种情况下,即使镀膜机器的精度不是很高,使用者也能得到与设计值比较符合的薄膜产品。(2)随着层数的增加,薄膜系统的变得复杂一些(薄膜层数为24-29)时,透射率将会随着机器误差的变大而有复杂的波动,变化的趋势很不稳定。尽管如此,误差并非一无是处,因为在光透率的曲线中出现了很多波峰与波谷,这些极值可用来设计一些特定要求的光学器件。(3)当薄膜系统的层数超过一定数量(210)时,透射系数对镀膜机器的误差非常敏感,误差超过一定值时,透射率衰减得非常快。(4)我们还研究了机器监控灵敏度参量N对TC的影响,机器的灵敏度不同,透射率曲线的峰值出现位置就不同。因此通过数值模拟可以来估算峰值出现的位置,进而使制备的薄膜符合设计要求。该结论对实验工作者如何选择具有合适的精度的镀膜机来制备所需要的薄膜系统具有理论指导意义。
其次,我们还研究了非周期超晶格光学薄膜系统中厚度的补偿与光透率的关系。根据实际镀膜过程中存在的随机误差,我们以Thue-Morse模型为例研究了膜厚误差服从均值为1,方差为η2的正态分布的Thue-Morse准周期光学超晶格多层膜系统的光透射性质。经研究发现当系统较为简单、镀膜精度较高(方差η2=0.05)时,光透率与设计计算值比较符合。随着薄膜系统复杂程度的增加,光透率与设计计算值的相差也逐渐增大。只要通过对最后一层膜的厚度监控和补偿,经过大量的模拟计算,我们发现系统的透射系数基本上能达到设计值。这种补偿的方法降低了技术难度,节省了镀膜成本,为实验工作者制备低成本的薄膜系统具有理论指导意义。