同济大学物理科学与工程学院王占山教授和程鑫彬教授团队在物理光学领域权威期刊《光学与激光技术》（Optics and Laser Technology）发表题为“Error perturbation analysis method in broad band monitoring”的论文。
该研究首次建立了宽光谱监控制备光学薄膜时实际光谱的解析预测模型，提出了适用于存在误差自补偿效应及相关误差时的误差扰动分析方法，实现了对宽光谱监控产额的准确预测，推动了光学薄膜的精确制备技术的发展。
高性能光学薄膜对先进科学的发展越来越重要，准确的厚度监控方法是制造高性能光学薄膜的关键。宽带光学监测（BBOM）是一种原位光学监测方法，在监控过程中，通过对比测量光谱与理论光谱，对膜层的沉积过程行控制。BBOM产生的厚度误差具有显著的相关性，通常情况下可以很好地补偿光谱误差，即误差自补偿效应，因此这种监控方法是近年来的研究热点。
计算制造通过模拟完整的沉积过程，预测薄膜的实际光谱，是连接光学薄膜的设计与实际生产的重要桥梁，目前主流的光学薄膜仿真软件包含针对BBOM的计算制造模块。然而，一个完整的计算制造需要大量的时间，很难对BBOM的产量进行统计分析，因此目前缺少对BBOM产量的直接研究。
王占山和程鑫彬团队提出了一种光学薄膜宽光谱监测中的误差扰动分析方法，基于泰勒展开和误差扰动理论，计算BBOM中薄膜厚度误差的期望值和标准差，并导出实际光谱的期望值与标准差包络，从而预测BBOM实际生产薄膜的性能和产量。该方法详细的分析了BBOM中的各类误差对实际光谱的影响，明确了各类误差在解析计算模型中的设置方法。随后设计了一种超陡二向色性滤光片（USDF）和一种宽带增透膜（BBAR），将解析方法计算的误差包络线与计算制造得到的结果进行了对比。结果表明，该分析计算方法可以有效地预测BBOM生产的光学薄膜的实际光谱。与蒙特卡罗模拟算法相比，该方法具有更高的精度，并且在计算速度方面存在更大的提升空间。
图1 USDF和BBAR的解析计算预测结果与计算制造结果的对比
该方法为分析BBOM的产量提供了一种新的方法，对于提高宽光谱监控制备高性能薄膜的精确性具有巨大的应用潜力。这也为今后光学薄膜的鲁棒设计提供了一条新的途径。
同济大学物理科学与工程学院张锦龙教授为论文通讯作者，学院硕士研究生戴江林为论文第一作者。对论文具有突出贡献的合作者还包括同济大学物理科学与工程学院王占山教授、焦宏飞教授、程鑫彬教授、博士研究生汲小川等。
论文信息：
Dai, J., Ji, X., Jiao, H., Cheng, X., Wang, Z., & Zhnag, J. (2023). Error perturbation analysis method in broad band monitoring of optical coating. Optics & Laser Technology, 163, 109333.
https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109333
