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一种采用田口方法和遗传算法改进的高透射光学滤光片设计光学参数优化方法

DOI：10.1016/j.ijleo.2018.12.189 期刊：Optik 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 高透射光学滤光片因其输出性能的精度对应用至关重要，需具备特定滤光特性及优化方法体系。本文描述了一种改进遗传算法优化高透射光学滤光片的方法，主要性能要求是在525-575纳米波长范围内实现约99%的高透射率且中间无凹陷。优化参数包括膜层厚度、折射率和层数，设计波长为可见光区的550纳米。该方法整合了田口方法与遗传算法：首先利用田口法减少设计实验次数，找出表征系统质量性能的最小优化参数组合；随后通过遗传算法搜索最优设计参数。以透射率为性能判定标准，每个优化参数设三个水平值。若仅采用遗传算法处理三个优化变量和三个水平值（最坏情况），需约33=27次设计实验才能获得符合预期性能的最佳设计，而田口-遗传集成方法仅需9次实验即实现最佳匹配。最终获得24层膜层的最优透射性能方案，其厚度范围10-123.75纳米，高低折射率分别为2.1和1.38。该方法是适用于高透射应用光学滤光片设计参数优化的强健方案。
作者： Sunita Parinam，Mukesh Kumar，Neelam Kumari，Vinod Karar，Amit L Sharma
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用田口方法和遗传算法开发一种改进的优化方法，用于设计具有特定性能要求的高透射光学滤波器。

研究成果

集成田口方法与遗传算法成功优化了高透射光学滤光片的设计参数，在24层结构下于550纳米波长处实现了99.22%的透射率。该方法将所需实验次数从27次显著减少至9次，计算时间缩短约三分之二，同时保持设计精度。其展现出强大的鲁棒性与高效性，适用于光学滤光片设计中的类似优化问题，亦可拓展至其他领域。

研究不足

该方法依赖于计算模拟，可能未考虑实际制造约束（如沉积极薄层（例如小于10纳米）的困难）。遗传算法参数（如变异率、种群规模）是固定的，可进一步优化。本研究聚焦于可见光区域的高透射滤光片，在未经调整的情况下可能不适用于其他类型滤光片。

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