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2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,1,Essential Macleod光學薄膜設計軟件介紹,吳新民 Email:Support@.tw,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,2,軟件介紹,它是一款光學薄膜設計和分析軟件， 可以計算給定光學薄膜的特性參數(shù)，不但包括反射率(reflectance)、透射率(transmittance)和位相(phase),還包括顏色(color), 超速的(ultrafast),橢圓偏振量( ellipsometric)，以及波長的0-3階導數(shù)。 可以估算分析中的隨機誤差， 可以對已知的設計進行改進，或者根據(jù)設定的材料和目標進行綜合設計。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,3,軟件介紹,方便創(chuàng)建或編輯各種薄膜， 帶有各種薄膜材料和基底材料庫， 可以靈活地使用不同的單位， 設計結(jié)果可以輸出到光學設計軟件ZEMAX中去。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,4,工具,Essential Macleod包含大量的工具。主要有： (1)Core: 設計編輯器,數(shù)據(jù)、目標等編輯器，輸入/輸出，材料管理，性能計算，優(yōu)化和綜合(Refinement and synthesis), 輸出到 ZEMAX, 導納軌跡(Admittance loci), 電場,輔助設計， (2)vStack: vStack編輯器, vStack性能計算- 計算非平面平行(non-parallel-sided)基底和薄膜性能， (3)Runsheet: 機器配置和(Machine Configuration) Runsheet 編輯器，,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,5,工具,（4）Monitorlink: 特殊的Runsheet配置，輸出監(jiān)控程序，與特定控制器連接的標準工具( Free standing tool) ， （5）Function:操作編輯器(Operation editor)和 語法檢查程序(syntax checker), 函數(shù)求值程序(Function evaluator)， （6）Simulator: 沉積過程模擬器(Process deposition simulator)， （7）DWDM Assistant: 帶通濾波器設計(bandpass filter designs)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,6,系統(tǒng)需求,完全與Microsoft? Windows? 操作系統(tǒng)兼容， Pentium 處理器 建議硬盤空間： 20-25Mb ， 內(nèi)存：128Mb,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,7,文件類型,.dds:設計文件 .npl:繪圖文件 .tbl:表格文件 .moc:光學數(shù)據(jù) .dst:堆(stack)文件 .np3:3維繪圖文件 .pmx：pmx文件,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,8,軟件主窗口界面,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,9,主菜單-File,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,10,File介紹－ New…,(1) Design： 彈出帶有缺省設計的設計窗口(2)Material：彈出一個建立新材料的表格窗口，可以輸入光學常數(shù)和波長等數(shù)據(jù)， (3)Optical Constant：通過輸入的數(shù)據(jù)得到反射率和透過率曲線， (4)Table：建立一個只讀空白表格，欄目自定義， (5)Stack：打開基底和膜層合并的設計和分析的文本窗口 ， (6)vStack：打開不平行基底和膜層合并的設計和分析的文本窗口 ， (7)Substrate：建立材料內(nèi)透過率的表格。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,11,File介紹,Open:打開已經(jīng)有的薄膜文件， Open Material：列出所有可以選擇的材料， Open Substrate：打開基底文件，表格中顯示不同波長的內(nèi)透過率或密度， Open Reference： 打開參考文件。參考文件包含如顏色評介方面所需要的數(shù)據(jù)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,12,主菜單-Tools,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,13,Tools介紹,Materials：打開材料數(shù)據(jù)表，雙擊表中任何一個材料，都會彈出這個材料的波長和折射率數(shù)據(jù)， Load ZEMAX Coating File：其數(shù)據(jù)可以與zemax交互使用，,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,14,主菜單-Options,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,15,General,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,16,Options介紹－－ General,(1)Data Sources ：上面的是當前材料文件夾的路徑；下南是參考文件夾的路徑。 (2) Windows：選擇Cascading Close時，當一個設計窗口關(guān)閉時，相關(guān)的圖表窗口都一起關(guān)閉；當選擇Prompt to save old Tables and Plots before closing box 時，會在關(guān)閉圖表前提示是否存盤。選擇Keep old Plots and Tables displayed時，打開新的設計時，原來設計的圖表仍然存在。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,17,Plotting,圖形坐標軸和繪圖的定制。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,18,Cone,控制Stack Editor提供的cone計算， Nominal Cone Segment Length ：計算特定波長、頻率和入射角時的cone響應時，控制Cone用的適應計算。與 Nominal Plot Segment Length 類似。 Bandwidth Step：帶寬不為0時，控制步長， Gaussian Calculation Scale Factor ：缺省值是2，此時，光束的強度降為軸上的0.0003倍，對大多數(shù)的情況可以了， 越大，計算越久。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,19,Design,控制顯示的膜層順序和計算公式順序等。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,20,Chart Style,Chart Styles :定義繪圖數(shù)據(jù)的風格。包括顏色、線型等。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,21,General Units,定義各種量的單位。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,22,DESIGN WINDOW,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,23,設計窗口,選擇newdesign進入設計窗口(整個主菜單相應變了)： (在filedisplay setup中設置此表格的顯示欄目),2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,24,膜層編輯－Formula,Formula可以用簡化符號編輯薄膜，特別是輸入膜層數(shù)據(jù)很方便。 用符號：H, L, A, B, c, d 等表示。 膜層厚度表示為基本厚度(basic thickness)的積，如2.5H or 0.4L (如果基本厚度為0.25，則分別表示 2.5*0.25 = 0.625 full waves和0.4*0.25 = 0.1 full waves) 。 符號可以表示成一個簡單的序列或重復的序列 ，如： (HL)^6 3.4H2.1L或((H1.2L2B)^2 HL)^3 (LBH)^2。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,25,Formula窗口,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,26,Generate Rugate…,用這個命令容易生成一個有皺褶膜(rugate coatings)模型。 用大量的分離的變化的折射率層模擬皺褶膜的連續(xù)變化的折射率。折射率的變化用改變每層的packing density 來實現(xiàn)。 Generate Rugate命令可以容易地指定折射率變化，并且控制模擬皺褶結(jié)構(gòu)的層的數(shù)目。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,27,膜層厚度(thickness),可以是光學的(optical), 幾何的(geometrical), 物理的(physical)或QWOT。 (1)物理厚度：按物理單位(通常是nm)測量的。這種厚度可以轉(zhuǎn)換為晶振監(jiān)控規(guī)格，或濺射線上的沉積時間， (2) 光學厚度：物理厚度乘以材料的折射率，即光程，再除以參考波長。光學厚度乘以2p就是位相厚度(單位為弧度)。常用光學厚度， (3)QWOT厚度：其數(shù)值為4倍光學厚度， (4)幾何厚度：物理厚度除以波長。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,28,光學厚度-物理厚度,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,29,Scale Thicknesses.,偶爾有某些材料的厚度要按同樣的方法改變。 當研究不均勻性時，或需要對通或禁帶進行微調(diào)時，經(jīng)常要這樣做。 有時候要保持特殊參考波長的值，但要將所有膜層厚度按同樣的比例改變。都可以用這個命令容易實現(xiàn)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,30,Match Angle.,設計時光線都是垂直入射的，但如果是傾斜的，則需要調(diào)整相應的薄膜厚度。此命令可以自動調(diào)整這個厚度。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,31,Global Edit…,改變設計中的所有膜層或只改變所選擇的膜層。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,32,Edit Materials.,可以改變設計中的材料。它只改變設計中的材料。 不改變公式中列出符號。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,33,Performance,設置繪圖的參數(shù)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,34,3D Performance.,定義3D坐標 軸。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,35,Plot Over,將同個設計的多根曲線畫在一起。 將不同設計結(jié)果的曲線畫在一起,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,36,Table,屬于只讀表格。 如果需要改動，可以將Edit菜單里的Read Only復選鉤去掉。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,37,Errors分析,Mean和standard deviation可以是 Absolute或Relative. 通常選擇相對的，此時誤差與膜層厚度成正比。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,38,Color,顏色計算的設置。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,39,3D Plot,畫一個 3D plot。 坐標軸的具體的設置在Parameters3D performance里面。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,40,Lock/Link Menu (Design),用于refinement 和synthesis 過程。 Lock:如果 layer 鎖定了，則不參加優(yōu)化，保持其初始的厚度值。 Unlock:取消鎖定， Link:二個或幾個膜層建立關(guān)聯(lián)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,41,TOOLS－Compact design,設置 最小允許的膜層厚度。軟件會將厚度小于設置值的膜層去掉，并關(guān)閉設計。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,42,Refine Design,提供的優(yōu)化方法有： Simplex, (通常叫nonlinear simplex） Optimac, Simulated Annealing, Conjugate Gradient, Quasi-Newton， Needle synthesis。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,43,Index Profile.,繪出折射率－厚度曲線。下圖中顯示的是quarter-half-quarter抗反射膜的折射率曲線。左邊是入射介質(zhì)，右邊是出身介質(zhì)或基底。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,44,產(chǎn)生Rugate 薄膜,Material中設置的膜層中允許的最高折射率， Void Material 中是膜層中允許的最低折射率。 Void Density設置為1.,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,45,Rugate 薄膜舉例,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,46,REFINEMENT AND SYNTHESIS,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,47,Refinement和synthesis,可以自動優(yōu)化設計，它們的操作是類似的 Refinement一般是對已有的設計進行輕微的調(diào)整， synthesis 則著重于結(jié)構(gòu)，即使沒有初始結(jié)構(gòu)也可以操作。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,48,Targets for refinement,包含三種目標： Standard, Color， Thickness,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,49,Standard Targets,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,50,Standard Target的設置,Wavelength:工作波長，單位nm, Incident Angle：按定義的單位。如果不是0，則可以選擇偏振分量。 Weight： 權(quán)重。缺省值為1， Target Tolerance ：每個目標值可接受的公差值， Derivative ：給出相對于第一欄中自變量(波長或頻率)的目標類型的偏差的等級，如果是0，表示沒有偏差。 Link：指定目標值之間的聯(lián)系。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,51,Color Targets的設置,color targets：除了類型是顏色方面的外，其它各項的意義和標準目標是一樣的。還需要指定光源分布和觀察者。 mode：指定是計算透射還是反射的顏色 。對stacks, 還有一個模式就是Back Reflectance.它計算出射介質(zhì)一端反射的顏色， 對vStacks, 只有throughput模式。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,52,Thickness Targets,顯示材料和所要求的總厚度。當有一個或多個總厚度目標，refinement試圖移去材料的總厚度，達到要求的厚度，同時又去滿足其它要求。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,53,Refinement and Synthesis,有六種方法： Simplex, Optimac, Simulated Annealing, Conjugate Gradient, Quasi-Newton Needle Synthesis. Simplex 提供直接的優(yōu)化， Optimac 可以refinement 和 synthesis, Simulated Annealing 優(yōu)化，但可以在一個很大的參數(shù)空間范圍，Conjugate Gradient和 Quasi-Newton是化方法，它們是用信息(derivative information )來進行 優(yōu)化。Needle synthesis方法是增加膜層。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,54,Simplex refinement,Simplex refinement計算速度非常快。 通過對初始膜層和/或packing densities進行擾動。 通常，設計的總數(shù)目會比層數(shù)多一個，packing densities最小為5。采用迭代的方法，用好一些的設計結(jié)果替代最差的設計。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,55,Simplex refinement的設置,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,56,Simplex 設置說明,可以選擇Refine Thicknesses 和Refine Index ， 用Packing Density作為變量優(yōu)化折射率， 用upper和lower thickness limits控制厚度， 用 packing density limits控制packing density。 Common Scaling，如果選定，則 相同材料的所有膜層的packing densities移到一起。 Inhomogeneity可以通過至少二個有各自不同的packing density的膜層來模擬。 因為這種方法很快，所以建議迭代的次數(shù)設定為幾千， 優(yōu)化過程會自動顯示曲線 。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,57,Simplex 過程,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,58,Optimac優(yōu)化參數(shù)設置對話框,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,59,Optimac設置-優(yōu)化參數(shù),Optimac有很多小面facets。 可以適用 于synthesis 和 refinement. Optimac對膜層厚度沒有限制，只要不為負就行。 通過設置Number of Synthesis Cycles 的值，確定是否refinement 或synthesis 。如果為0，則只進行refinement 。如果沒有初始結(jié)構(gòu)，取50左右比較合理。如果有好的初始結(jié)構(gòu)，可以用比較低的值。 Synthesis Step：表示插入到synthesis過程的膜層厚度。 可以設置得很大，但通常在0.1~0.3比較好。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,60,Optimac設置-優(yōu)化參數(shù),Synthesis Parameter ：決定在synthesis 操作中，改變是否保持。對比較好的初始結(jié)構(gòu)，設置為0.2左右比較好。 Initial Search Step：程序會先在 “當前值 ±Initial Search Width”范圍內(nèi)搜索。 Number Of Iterations： 根據(jù)每個synthesis 操作之間的優(yōu)化次數(shù)。應該設置為 40~50。 Maximum Number of Layers：如果設計過程是完全自動的，則不要設置得太大，否則會連續(xù)增加膜層。如果設計過程受到監(jiān)控，并且在適當?shù)臅r候會手動停止，則可以設置得比較大。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,61,Optimac材料設置,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,62,Optimac過程,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,63,Simulated Annealing優(yōu)化算法介紹,Simulated Annealing 不是一個新技術(shù)， 但大量用在薄膜設計中。它由一個設計組成，隨機地在優(yōu)化函數(shù)面上進行擾動。 模擬實際的退火過程，由Boltzmann分布exp(-E/kT)產(chǎn)生的隨機數(shù)確定下一個結(jié)果，E代表優(yōu)化函數(shù)的隨機增加，KT代表退火溫度 k是 Boltzmann常數(shù)，而不是消光系數(shù)) 。慢慢地使優(yōu)化函數(shù)達到最小。處理過程越久，通常結(jié)果更好。 在沒有明顯的初始結(jié)構(gòu)時，用這種方法最好。適用于有入射用的情況，特別是其它方法不行的時候。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,64,Annealing參數(shù)設置,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,65,Annealing參數(shù)設置,參數(shù)、標準偏差和初始溫度分別設定。 厚度波動的標準偏差有一個開始值和結(jié)束值。在操作開始時，波動應該非常大，但在末期就比較小。 退火溫度的單位為度，每一度為初始優(yōu)化函數(shù)的1/10000 。好的初始結(jié)構(gòu)是必百或上千， 退火過程會慢慢地降低溫度，直到最終為0。溫度的下降不是線性的，有時候遞減的速度開始快，但標準偏差是相同的。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,66,Annealing參數(shù)設置,絕對：0.2意思是在當前厚度上增加0.2xl0， 相對：則是在當前厚度上增加膜厚的0.2倍， 最好選擇“絕對”，至少開始的時候，否則薄膜會不變化。隨機數(shù)的種子來自計算機 的時鐘，一般不需要改變。 在simulated annealing中，厚度上限在0.75左右是非常好的起始點， 如果設置得太大，特別是早期的時候，會出現(xiàn)優(yōu)化函數(shù)的大幅振動。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,67,Annealing 過程,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,68,Conjugate Gradient法,Conjugate Gradient 優(yōu)化方法屬于用微分信息確定優(yōu)化函數(shù)面的斜率的方法。優(yōu)化時，此信息用于改變設計參數(shù)(通常是膜層厚度) 。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,69,Conjugate Gradient參數(shù)設置,Merit Function Power：必須為正的偶數(shù) ，此數(shù)越大，優(yōu)化越久。 通常為2就可以了。 Limiting Range for Merit Function ：如果優(yōu)化函數(shù)小于此值，則會停止優(yōu)化并返回優(yōu)化設計。 Maximum Iterations：另一個優(yōu)化終止的標準。 Minimum Merit Function Improvement To Update Plot (%)：控制多久要更新曲線一次。 Termination Match Count：可以用于指定達到所要求的小斜率的連續(xù)的時間的數(shù)目。 如果 Termination Match Count 小于0 ，因為優(yōu)化函數(shù)斜率很小，則 refinement永遠不會停止。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,70,Conjugate Gradient 過程,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,71,Quasi-Newton法介紹,Quasi-Newton 優(yōu)化方法也屬于用微分信息確定優(yōu)化函數(shù)面的斜率的方法。優(yōu)化時，此信息用于改變設計參數(shù)(通常是膜層厚度) 。 其參數(shù)設置和Conjugate Gradient一樣。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,72,Quasi-Newton過程,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,73,Needle Synthesis法介紹,Needle synthesis用優(yōu)化圖形面的微分信息來確定需要在哪里插入一個新的膜層。 當優(yōu)化圖形的微分為負時，是插入新的膜層的最佳位置。 在插入了所有厚度為0的膜層后，用Conjugate Gradient refinement將新的膜層的厚度擴展為非0值。 在refinement過程中,如果能夠改進優(yōu)化圖形，其它膜層的厚度也會改變。 優(yōu)化過程一直重復，直到達到所要求的結(jié)果為止，或者達到某些限定(如總的迭代次數(shù))。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,74,Needle Synthesis參數(shù),2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,75,Needle Synthesis參數(shù)介紹,Number of Synthesis Cycles：指定Needle Synthesis嘗試插入膜層的次數(shù)。當超過這個值時， Needle Synthesis會停止。 Merit Function Limit：是另外一個控制 Needle Synthesis何時停止的一個參數(shù)。當優(yōu)化函數(shù)降到小于這個值時， Needle Synthesis停止。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,76,Needle Synthesis參數(shù)介紹,如果Conjugate Refinement完成了，則會插入一個厚度小于New Thickness Value新的膜層， 然后Needle Synthesis 會在入射介質(zhì)后面或基底前面加入增加一個材料。如果優(yōu)化函數(shù)沒有改進Minimum improvement所確定的數(shù)值，則再增加新的材料。 Maximum Number of New Needles：定義每次迭代時可以增加的最大層數(shù)。當Compact Interval大于0時，每個Compact Interval都迭代，Needle Synthesis會簡化設計，去掉那些厚度小于Compact Thickness的膜層。如果Compact Interval等于0，則不簡化設計。它們一般都設置為1nm。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,77,Synthesis Materials參數(shù),列出插入新的膜層所用的材料。缺省值為設計中所有沒有l(wèi)ocked膜層所用的材料，還可以增加或去年其它材料。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,78,Needle Synthesis過程,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,79,MATERIALS MANAGEMENT,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,80,材料管理介紹,光學常數(shù)數(shù)據(jù)有： 折射率 n, 消光系數(shù)k, 波長l等 。 如果需要，這些值可以進行內(nèi)插或外推。 一次只能有一個活動的材料庫，但可以通過輸入相關(guān)材料文件，使用多個庫中的材料。 設置活動材料庫方法為： Options General…中設置。要改變材料庫，首選要關(guān)閉所有設計和材料， 然后在材料文件夾選項中選擇。如果輸入了一個新的，但本應的材料不存在，則會給出一個新建選項，它是一個空的數(shù)據(jù)庫，除了一個材料，空氣和一個基底外。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,81,在庫中顯示材料列表,大部分窗口的Tools菜單中都有Materials項. 材料排列順序可以通過EditSort來改變。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,82,從其它庫中輸入材料,首選用Tools Materials激活 Materials窗口， 然后用Edit Import命令 。選擇所要的材料庫，并從中選取要輸入的材料，點import就可以。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,83,顯示材料數(shù)據(jù),材料表可以可以用File Open Material. 命令打開。 另一種方法是在材料顯示列表中(Tools Materials)雙擊材料的名稱，可以得到這個材料的特性列表。此時，可以從Plot菜單中畫出材料對波長和頻率變化曲線。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,84,手動輸入,用filenewmaterial新建材料時，對一些沒有輸入的值，用線性插值的方法計算。 但一些不平滑的曲線，可以用Insert Points，然后程序用三次樣條插值計算進行平滑。,,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,85,用insert points進行平滑,用editinsert points，在整數(shù)波長之間插入其它點，使曲線平滑。,,,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,86,波長單位變換,在編輯新材料時，可以用Edit Wavelength Scale. 命令定義不同的波長單位(缺省為nm).,,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,87,組合密度Packing Density.,薄膜的折射率不僅取決于材料，還取決于組合密度。即使是同一材料，如果組合密度不同，其折射率也不相同。當組合密度變化時，通過它可以讓存儲的材料的折射率也變化。 它可以在二個數(shù)據(jù)庫中調(diào)整二個材料的常數(shù)，以表示在不同基底溫度下的材料沉積的不同。 注意：一旦改變了，在用的時候沒有任何指示。所以，除非非常明顯，的材料與標準的不一樣，否則不要用此命令。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,88,熱模型,材料的三個熱參數(shù)。Linear Expansion Coefficient和dn/dT 的單位是固定的。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,89,刪除材料,首先選擇ToolsMaterials 然后選擇EditDelete 只能刪除最后一個材料。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,90,Optical Constant Extraction,可以用變量包絡技術(shù)(variant envelope technique)，可以 從反射率和透射率的數(shù)據(jù)提取光學常數(shù)(Optical constants)。 這種方法通過反射率和/或透過率的最大和最小值，用插值計算最大和最小值之間的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生包絡。 如果精確地確定了極值的位置，則可以給出光學常數(shù)的色散信息。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,91,Optical Constant Extraction步聚,FileNew Optical Constant 打開窗口， 輸入相應的數(shù)據(jù)(如下表)，里面包括最大和最小透過率或反射率(沒有對后面的面進行修正，要求后面的面是未鍍膜的)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,92,參數(shù)設置,Type:用不同的符號表示1/4 或1/2波長：T-QW, T-HW, R-QW ，R-HW. 基底的結(jié)果可以輸入或通過已經(jīng)存在的材料文件取得。這些也可以是未鍍膜的的透過率，標記為T-SUB, 或基底折射率，標記為 N-SUB. Data Source ：Measured 和Envelope。 Measured對應實際的最大或最小值。 Envelope 的結(jié)果是為了幫助程序畫1/4或1/4波長包絡圖。是由三次樣條插值函數(shù)插值得到的。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,93,數(shù)據(jù)輸入,菜單項Transmittance 或Reflectance打開一個數(shù)據(jù)顯示窗口?？梢杂胒ileimport輸入透射率或反射率曲線。 用鼠標拖動一個矩形區(qū)域來定義搜索范圍，放開鼠標得到峰值的位置。就在窗口的左上角顯示波長和峰值的值。需要指定是1/4(cross)或1/2(plus)波長， 是測量點還是包絡點 。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,94,數(shù)據(jù)輸入,用 Add Point按鈕會將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到data窗口中， 用來計算包絡。 則1/4波長的點，用“?”標記，1/2波長點用“+”標記。 用 + 建立不同的包絡點。 然后用 Add Point輸入為包絡點。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,95,Calculate Parameters參數(shù),Approximate Index：因為有多重解，所以需要指定近似折射率。 R/T Tolerance ：為百分比。如果得不到正確解，決定程序如何處理。首先會在公差范圍內(nèi)調(diào)整結(jié)果，如果得到了一具好的結(jié)果，會標記“A”，如果還得不到好的結(jié)果，會標記“B”。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,96,Calculate Parameters參數(shù),Film Model： 薄膜模型是 inhomogeneous和不吸收，還是均勻和吸收的。 Incident Angle：入射到薄膜上的角度 。最大為 45度。. Polarization：傾斜測量的偏振光分量(S,P)。在整個測量過程中，必須用同一個偏振分量。 Match Extrema： 在常規(guī)操作中，不是總能精確適合極值波長， Substrate Material：選擇基底材料 。 Use Spectrum：選擇了時，用透過率數(shù)據(jù)確定薄膜的光學常數(shù)，如果沒選，會用Substrate Material的信息確定其光學常數(shù)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,97,光學常數(shù)提取過程,點Extract n & k就會進行計算。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,98,計算結(jié)果,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,99,計算的光學常數(shù)結(jié)果,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,100,光學常數(shù)曲線,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,101,從計算結(jié)果中創(chuàng)建材料,可以用Create Material菜單選項建立材料。有三個選項：From Inner n, From Outer n, From Mean n. 如果模型是均勻的，則這些結(jié)果是一樣的，如果是非均勻的，則這些模型明顯不一樣。 如果檢查反射和/或透射曲線，會發(fā)現(xiàn)極值點不是很匹配，此時可以選擇迫使結(jié)果與極點位置匹配，而不是選擇Match extrema。此選項先計算光學常數(shù)和膜層厚度，然后迫使光學常數(shù)與極值點匹配。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,102,得到基底的光學常數(shù),可以用Options Substrate n,k & T ，從透射率和反射率中得到光學常數(shù)。材料和基底數(shù)據(jù)可以從測量數(shù)據(jù)中得到。一旦選擇了Substrate n,k & T命令， 就會顯示Extract Substrate Characteristics窗口。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,103,數(shù)據(jù)文件單位,選擇Unity：測量值在0~1之間. 選擇Percent： 測量值在0~100之間.,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,104,數(shù)據(jù)處理,一旦輸入了scale factor，選擇Next就會到數(shù)據(jù)處理頁面。在這里允許對測量的數(shù)據(jù)進行平滑，及其它處理選項。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,105,Substrate Optical Constants,需要在這里指定基底的厚度值。 用Create Material 和Create Substrate按鈕創(chuàng)建新材料文件和新基底文件。它們可以存在當前材料數(shù)據(jù)庫中。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,106,MULTICOAT-Stack,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,107,MULTICOAT-Stack,它由一系列介質(zhì)組成，從Incident Medium介質(zhì)開始，以Emergent Medium結(jié)束。下圖就是一個多層膜的例子。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,108,更復雜的stack例子,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,109,參數(shù)定義,Medium type:Incident, Emergent,parallel, wedged. 假定介質(zhì)的界面或邊界足夠平行(所有反射的光束仍然在系統(tǒng)的孔徑內(nèi))，或 是楔形的(反射光束到系統(tǒng)孔徑之外) 。 Medium material:由其光學常數(shù)和內(nèi)透射率確定。 Medium substrate:和材料一樣選擇。 Coating file:薄膜文件名。 coating direction：forward, reversed,定義每一層薄膜。 Coating Locked:只有沒有鎖定的膜層才參加優(yōu)化和綜合。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,110,Stack Refinement and Synthesis,在stack中，如果同一個薄膜放在不同的面上，則優(yōu)化時，會只調(diào)整其中一個，然后再應用到所有的面上去。 如果想優(yōu)化的時候分別處理所有的薄膜，但又想讓它們的起始點相同，則應該將它拷貝成新的文件，放在不同的面上。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,111,創(chuàng)建新的stack的方法,FileNewStack調(diào)出Stack 窗口， 起始的stack由入射介質(zhì)空氣、一塊平行玻璃板和出身介射空氣組成，沒有薄膜。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,112,1.建立一個新設計,下面以計算二邊都有抗反射膜的平行玻璃板的特性為例說明如何建立stack。 首先，要建立一個抗反射膜。可以用fileNew 建立一個新抗反射膜。然后存為Arcoat.dds,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,113,建立stack,只需要加入二個薄膜。在stack窗口上的第二欄和第三欄上的Coating File欄雙擊，選擇 文件 ARcoat.DDS.如果要刪除膜層，選擇膜層，然后按就可以了。 Directions會自動給出，如果不對，可以更改。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,114,Performance設置,可以從 Parameters Performance中設置繪圖的條件。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,115,建立更復雜的stack,由二塊玻璃基底組成。一塊二邊鍍有抗反射膜，另一塊只有一邊鍍膜。入射和出射介質(zhì)都是空氣，在基底二邊都是空氣，基底的面是平行的，但它們之間的空氣間隔是楔形的。內(nèi)透過率為100%。 新的stack如下：,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,116,反射率和透過率曲線,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,117,ANALYSIS 和DESIGN 工具,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,118,分析工具,先打開設計窗口，Tools Analysis打開分析工具。 有5個選項： Admittance., Reflection Coefficient., Electric Field., Absorptance Rate., Total Absorptance 。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,119,導納圖Admittance…設置,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,120,導納圖,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,121,Reflection Coefficient.,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,122,電場Electric Field參數(shù)設置,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,123,電場分布曲線,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,124,Absorptance Rate…參數(shù)設置,計算薄膜的 Absorptance Rate或potential absorptance rate 。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,125,Absorptance Rate曲線,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,126,Total Absorptance…設置,計算整個薄膜中各層的吸收率 。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,127,Total Absorptance…曲線,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,128,設計工具,有4個選項： Edge Filter., Herpin., Induced Transmission Filter Design. Symmetrical Periods…. 可以輔助建立一個特定類型的薄膜。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,129,Edge Filter.,Edge filters Edge Filter. 是用來自動設計這樣一個周期性結(jié)構(gòu)的工具。是基于1/4波長stacks。 用于構(gòu)建平板偏振器。 一般可以考慮成如(0.5HL0.5H) 或(0.5LH0.5L)的對稱周期性結(jié)構(gòu)。 [對稱周期性結(jié)構(gòu)參見 Herpin.] 還有更復雜的對稱二種材料的周期性結(jié)構(gòu) (aAbBcAbBaA) ，其中A 和 B高和低折射率材料(或者反過來) ?？梢酝ㄟ^調(diào)整a,b,c來消除偏振， 盡管對很多層的對稱周期性結(jié)構(gòu)也可以調(diào)整，但最好是用5層周期。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,130,Edge Filter參數(shù)設置,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,131,Edge Filter設計,只要選擇好了，然后點Make Edge Filter就會出現(xiàn)一個設計結(jié)果，同時在公式對話框中會顯示其公式。 下面是一個短波通濾波器(邊緣510nm)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,132,設計結(jié)果的曲線,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,133,所對應的公式,打開editformula：,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,134,Herpin.,膜層的對稱系列的積矩陣(product matrix) 可以表示為一個單層膜的矩陣形式。這種等效的單層膜與對稱系統(tǒng)具有等效的光學導納和位相厚度。這就是所說的Herpin等價。 因為對稱系統(tǒng)在同一個設計中要重復多次，常認為是對稱周期結(jié)構(gòu)，有時也叫Herpin 周期。 Herpin. 計算對稱的介質(zhì)膜(即透明的)的等效導納 E, 和等效位相厚度 ?。在計算前，認為膜層的材料和厚度為均勻的，也不考慮任何輸入入射角，只計算垂直入射的等效參數(shù)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,135,Herpin操作舉例,在一個設計中，選擇一系列膜層為對稱的周期結(jié)構(gòu)。設計中可能有其它膜層，但計算時只考慮所選擇的膜層。 首先激活設計窗口，選擇Formula， 輸入有關(guān)數(shù)據(jù)。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,136,設計結(jié)果,上面的設計可以得到以下的結(jié)果：,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,137,Herpin設計,用Shift+mouse選擇前面三層， 從ToolsDesign ToolsHerpin ,會出現(xiàn)下面的對話框，可以選擇輸出是表格還是繪圖。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,138,導納曲線,二根曲線之間的間隔參數(shù)是虛數(shù)的區(qū)域，是高反射率的區(qū)域,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,139,Induced Transmission Filter Design.,此選項計算感應透射濾波器的參數(shù)。設計時： (1)Toolsdesign tools Induced Transmission Filter Design.啟動設計窗口， (2)設置濾波器的峰值波長，入射介質(zhì)的材料，入射角和偏振等，偏振可以為s或p(入射角為非0) 。 (3)設置吸收層的詳細數(shù)據(jù)：材料，厚度，厚度的單位。 (4)匹配層的材料：這個材料假定是理想電介質(zhì)，在進行計算以前，所有消光系數(shù)都去掉。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,140,參數(shù)設置窗口,Potential Transmittance: 74.07% Intercept: 0.104545,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,141,設計結(jié)果,用 Make design，將結(jié)果轉(zhuǎn)換到設計中去。設計結(jié)果： 吸收層 n: 0.0510，k: 2.9600000 物理厚度: 80.000000 Optimum exit admittance: 0.31707 + i3.04661 匹配層折射率: 2.1445，光學厚度: 0.15292420,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,142,Symmetrical Periods Design…,對稱薄膜組合，可以用一層膜等效，其光學導納和位相厚度可以從單層膜的參數(shù)計算。 symmetrical periods design 可以計算3層對稱周期結(jié)構(gòu)的厚度，所以其等效膜有相同的光學導納和位相厚度。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,143,Sensitivity,sensitivity 計算設計結(jié)果對不同公差的靈敏度。目前只能計算一種– Macleod Turning Point. Macleod Turning Point sensitivity 分析每層制造的難度。Macleod Turning Point給出參考波長處，最后透射率和反射率振幅能達到的情況。 值越大，表明膜層的制造越困難，具體可參見“Turning value monitoring of narrow-band all-dielectric thin-film optical filters“ in Optica Acta 1972 Vol. 19 No. 1 pp1-28. 它全部是正的。 只適合厚度為1/4波長的整數(shù)倍的情況。,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,144,相對靈敏度,例子：small single cavity filter,2019/11/9,版權(quán)所有 2004 訊技光電科技（上海）有限公司,145,謝 謝!,