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文檔簡介
1、Morpho蝴蝶翅膀呈現(xiàn)出耀眼的藍色光澤,這與蝶翅鱗片表面遍布的微納結構有密切聯(lián)系?;谶@種結構色現(xiàn)象,提出了用優(yōu)化設計的方法,將光學特性和仿生設計結合起來,進行了一系列研究。
首先分析了Morpho didius蝴蝶翅膀鱗片表面微納結構的形態(tài),通過測量提取了微納結構的相關尺寸參數(shù),建立了較為精確的生物模型。將生物模型簡化為了非對稱和對稱兩種仿生結構,降低了仿真與制造的難度。
然后確立了優(yōu)化設計的理論和方法,使用嚴格
2、耦合波理論求解微納結構反射率,并使用遺傳算法作為優(yōu)化算法。通過研究程序和大量試優(yōu)化,確定了遺傳算法操作步驟為實數(shù)編碼、排序法標定、隨機均勻選擇、分散法交叉和自適應變異;其算法參數(shù)為種群規(guī)模30~50、交叉概率0.2、進化代數(shù)200代。經(jīng)試優(yōu)化驗證這套算法效率較高。
接著以最大化仿生結構的藍光波段反射率為目標,使用遺傳算法在兩種偏振模式下對不同層數(shù)的對稱仿生結構進行了優(yōu)化計算,通過優(yōu)化得出的最優(yōu)結構都具有藍光波段的選擇反射特性,
3、其反射光譜峰值均位于470nm附近,且反射率與原仿生結構相比有明顯提升。
隨后依次改變了原優(yōu)化試驗的優(yōu)化目標、約束條件和各結構參數(shù),進行了多組優(yōu)化設計。將優(yōu)化結果進行對比發(fā)現(xiàn):最優(yōu)結構對特定波長入射光的高反射率現(xiàn)象主要源自多層膜干涉效應;特定的層厚值和上層薄片寬度在多層膜干涉效應中起主導作用,為提高反射率作出了主要貢獻;脊柱寬度 w、最小間隙寬度 b、樹狀結構排列周期 p和材料折射率 n2這些參數(shù)的改變都會對反射光譜產(chǎn)生影響,
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