EssentialMacleod光学薄膜设计软件介绍

2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 1 Essential Macleod光学薄膜设计 软件介绍 吴新民 Email:S.tw 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 2 软件介绍 它是一款光学薄膜设计和分析软件， 可以计算给定光学薄膜的特性参数，不但包括反射率 (reflectance)、 透射率 (transmittance)和位相 (phase),还包括颜色 (color), 超速的 (ultrafast),椭 圆偏振量 ( ellipsometric)， 以及波长的 0-3阶导数。 可以估算分析中的随机误差， 可以对已知的设计进行改进，或者根据设定的材料和 目标进行综合设计。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 3 软件介绍 方便创建或编辑各种薄膜， 带有各种薄膜材料和基底材料库， 可以灵活地使用不同的单位， 设计结果可以输出到光学设计软件 ZEMAX中去。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 4 工具 Essential Macleod包含大量的工具。主要有： (1)Core: 设计编辑器 ,数据、目标等编辑器，输入 /输出， 材料管理，性能计算，优化和综合 (Refinement and synthesis), 输出到 ZEMAX, 导纳轨迹 (Admittance loci), 电场 ,辅助设计， (2)vStack: vStack编辑器 , vStack性能计算 - 计算非平面平 行 (non-parallel-sided)基底和薄膜性能， (3)Runsheet: 机器配置和 (Machine Configuration) Runsheet 编辑器， 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 5 工具 （ 4） Monitorlink: 特殊的 Runsheet配置，输出监控程 序，与特定控制器连接的标准工具 ( Free standing tool) ， （ 5） Function:操作编辑器 (Operation editor)和 语法 检查程序 (syntax checker), 函数求值程序 (Function evaluator)， （ 6） Simulator: 沉积过程模拟器 (Process deposition simulator)， （ 7） DWDM Assistant: 带通滤波器设计 (bandpass filter designs)。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 6 系统需求 完全与 Microsoft Windows 操作系统兼容， Pentium 处理器 建议硬盘空间： 20-25Mb ， 内存： 128Mb 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 7 文件类型 .dds:设计文件 .npl:绘图文件 .tbl:表格文件 .moc:光学数据 .dst:堆 (stack)文件 .np3:3维绘图文件 .pmx： pmx文件 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 8 软件主窗口界面 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 9 主菜单 -File 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 10 File介绍 New (1) Design： 弹出带有缺省设计的设计窗口 (2)Material： 弹出一个建立新材料的表格窗口，可以 输入光学常数和波长等数据， (3)Optical Constant： 通过输入的数据得到反射率和 透过率曲线， (4)Table： 建立一个只读空白表格，栏目自定义， (5)Stack： 打开基底和膜层合并的设计和分析的文本 窗口 ， (6)vStack： 打开不平行基底和膜层合并的设计和分析 的文本窗口 ， (7)Substrate： 建立材料内透过率的表格。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 11 File介绍 Open:打开已经有的薄膜文件， Open Material： 列出所有可以选择的材料， Open Substrate： 打开基底文件，表格中显示不同波 长的内透过率或密度， Open Reference： 打开参考文件。参考文件包含如颜 色评介方面所需要的数据。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 12 主菜单 -Tools 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 13 Tools介绍 Materials： 打开材料数据表，双击表中任何一个材料， 都会弹出这个材料的波长和折射率数据， Load ZEMAX Coating File： 其数据可以与 zemax交互 使用， 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 14 主菜单 -Options 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 15 General 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 16 Options介绍 General (1)Data Sources ： 上面的是当前材料文件夹的路径； 下面是参考文件夹的路径。 (2) Windows： 选择 Cascading Close时，当一个设计 窗口关闭时，相关的图表窗口都一起关闭；当选择 Prompt to save old Tables and Plots before closing box 时，会在关闭图表前提示是否存盘。选 择 Keep old Plots and Tables displayed时，打开新 的设计时，原来设计的图表仍然存在。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 17 Plotting 图形坐标轴和绘图的定制。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 18 Cone 控制 Stack Editor提供的 cone计算， Nominal Cone Segment Length ： 计算特定波长、频率和入射角时的 cone响应时，控制 Cone用的适应计算。与 Nominal Plot Segment Length 类似。 Bandwidth Step： 带宽不为 0时，控制步长， Gaussian Calculation Scale Factor ： 缺省值是 2，此时，光束的 强度降为轴上的 0.0003倍，对大多数的情况可以了， 越大，计算 越久。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 19 Design 控制显示的膜层顺序和计算公式顺序等。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 20 Chart Style Chart Styles :定义绘图数据的风格。包括颜色、线型 等。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 21 General Units 定义各种量的单位。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 22 DESIGN WINDOW 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 23 设计窗口 选择 newdesign进入设计窗口 (整个主菜单相应变了 )： (在 filedisplay setup中设置此表格的显示栏目 ) 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 24 膜层编辑 Formula Formula可以用简化符号编辑薄膜，特别是输入膜层数 据很方便。 用符号： H, L, A, B, c, d 等表示。 膜层厚度表示为基本厚度 (basic thickness)的积，如 2.5H or 0.4L (如果基本厚度为 0.25，则分别表示 2.5*0.25 = 0.625 full waves和 0.4*0.25 = 0.1 full waves) 。 符号可以表示成一个简单的序列或重复的序列 ，如： (HL)6 3.4H2.1L或 (H1.2L2B)2 HL)3 (LBH)2。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 25 Formula窗口 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 26 Generate Rugate 用这个命令容易生成一个有皱褶膜 (rugate coatings)模型。 用大量的分离的变化的折射率层模拟皱褶膜的连续变 化的折射率。折射率的变化用改变每层的 packing density 来实现。 Generate Rugate命令可以容易地指定折射率变化，并且 控制模拟皱褶结构的层的数目。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 27 膜层厚度 (thickness) 可以是光学的 (optical), 几何的 (geometrical), 物理的 (physical)或 QWOT。 (1)物理厚度：按物理单位 (通常是 nm)测量的。这种厚 度可以转换为晶振监控规格，或溅射线上的沉积时间， (2) 光学厚度：物理厚度乘以材料的折射率，即光程， 再除以参考波长。光学厚度乘以 2p就是位相厚度 (单位 为弧度 )。常用光学厚度， (3)QWOT厚度：其数值为 4倍光学厚度， (4)几何厚度：物理厚度除以波长。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 28 光学厚度 -物理厚度 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 29 Scale Thicknesses. 偶尔有某些材料的厚度要按同样的方法改变。 当研究不均匀性时，或需要对通或禁带进行微调时， 经常要这样做。 有时候要保持特殊参考波长的值，但要将所有膜层厚 度按同样的比例改变。都可以用这个命令容易实现。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 30 Match Angle. 设计时光线都是垂直入射的，但如果是倾斜的，则需 要调整相应的薄膜厚度。此命令可以自动调整这个厚 度。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 31 Global Edit 改变设计中的所有膜层或只改变所选择的膜层 。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 32 Edit Materials. 可以改变设计中的材料。它只改变设计中的材料。 不 改变公式中列出符号。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 33 Performance 设置绘图的参数。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 34 3D Performance. 定义 3D坐标 轴 。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 35 Plot Over 将同个设计的多根曲线画在一起。 将不同设计结果的曲线画在一起 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 36 Table 属于只读表格。 如果需要改动， 可以将 Edit菜单 里的 Read Only 复选钩去掉。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 37 Errors分析 Mean和 standard deviation可以是 Absolute或 Relative. 通 常选择相对的，此时误差与膜层厚度成正比。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 38 Color 颜色计算的设置。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 39 3D Plot 画一个 3D plot。 坐标轴的具体的设置在 Parameters3D performance里面。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 40 Lock/Link Menu (Design) 用于 refinement 和 synthesis 过程。 Lock:如果 layer 锁定了，则不参加优化，保持其初始的 厚度值。 Unlock:取消锁定， Link:二个或几个膜层建立关联。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 41 TOOLS Compact design 设置 最小允许的膜层厚度。软件会将厚度小于设置值 的膜层去掉，并关闭设计。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 42 Refine Design 提供的优化方法有： Simplex, (通常叫 nonlinear simplex） Optimac, Simulated Annealing, Conjugate Gradient, Quasi-Newton， Needle synthesis。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 43 Index Profile. 绘出折射率厚度曲线。下图中显示的是 quarter-half- quarter抗反射膜的折射率曲线。左边是入射介质，右 边是出身介质或基底。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 44 产生 Rugate 薄膜 Material中设置的膜层 中允许的最高折射率， Void Material 中是膜 层中允许的最低折射 率。 Void Density设置为 1. 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 45 Rugate 薄膜举例 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 46 REFINEMENT AND SYNTHESIS 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 47 Refinement和 synthesis 可以自动优化设计，它们的操作是类似的 Refinement一般是对已有的设计进行轻微的调整， synthesis 则着重于结构，即使没有初始结构也可以操 作。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 48 Targets for refinement 包含三种目标： Standard, Color， Thickness 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 49 Standard Targets 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 50 Standard Target的设置 Wavelength:工作波长，单位 nm, Incident Angle： 按定义的单位。如果不是 0，则可以选 择偏振分量。 Weight： 权重。缺省值为 1， Target Tolerance ： 每个目标值可接受的公差值， Derivative ： 给出相对于第一栏中自变量 (波长或频率 ) 的目标类型的偏差的等级，如果是 0，表示没有偏差。 Link： 指定目标值之间的联系。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 51 Color Targets的设置 color targets： 除了类型是颜色方面的外，其它各项的 意义和标准目标是一样的。还需要指定光源分布和观 察者。 mode： 指定是计算透射还是反射的颜色 。对 stacks, 还 有一个模式就是 Back Reflectance.它计算出射介质一端 反射的颜色， 对 vStacks, 只有 throughput模式。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 52 Thickness Targets 显示材料和所要求的总厚度。当有一个或多个总厚度 目标， refinement试图移去材料的总厚度，达到要求的 厚度，同时又去满足其它要求。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 53 Refinement and Synthesis 有六种方法： (1) Simplex, (2) Optimac, (3) Simulated Annealing, (4) Conjugate Gradient, (5) Quasi-Newton (6) Needle Synthesis. Simplex 提供直接的优化， Optimac 可以 refinement 和 synthesis, Simulated Annealing 优化，但可以在一个很 大的参数空间范围， Conjugate Gradient和 Quasi- Newton是化方法，它们是用信息 (derivative information )来进行 优化。 Needle synthesis方法是增 加膜层。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 54 Simplex refinement Simplex refinement计算速度非常快。 通过对初始膜层 和 /或 packing densities进行扰动。 通常，设计的总数目会比层数多一个， packing densities最小为 5。采用迭代的方法，用好一些的设计 结果替代最差的设计。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 55 Simplex refinement的设置 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 56 Simplex 设置说明 可以选择 Refine Thicknesses 和 Refine Index ， 用 Packing Density作为变量优化折射率， 用 upper和 lower thickness limits控制厚度， 用 packing density limits控制 packing density。 Common Scaling， 如果选定，则 相同材料的所有膜层的 packing densities移到一起。 Inhomogeneity可以通过至少二个 有各自不同的 packing density的膜层来模拟。 因为这种方法很快，所以建议迭代的次数设定为几千， 优化过程会自动显示曲线 。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 57 Simplex 过程 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 58 Optimac优化参数设置对话框 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 59 Optimac设置 -优化参数 Optimac有很多小面 facets。 可以适用 于 synthesis 和 refinement. Optimac对膜层厚度没有限制，只要不为负就行。 通过设置 Number of Synthesis Cycles 的值，确定是 否 refinement 或 synthesis 。 如果为 0，则只进行 refinement 。 如果没有初始结构，取 50左右比较合理。 如果有好的初始结构，可以用比较低的值。 Synthesis Step： 表示插入到 synthesis过程的膜层厚 度。 可以设置得很大，但通常在 0.10.3比较好。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 60 Optimac设置 -优化参数 Synthesis Parameter ： 决定在 synthesis 操作中， 改变是否保持。对比较好的初始结构，设置为 0.2左右 比较好。 Initial Search Step： 程序会先在 “ 当前值 Initial Search Width”范围内搜索。 Number Of Iterations： 根据每个 synthesis 操作之间的优化次 数。应该设置为 4050。 Maximum Number of Layers： 如果设计过程是完全自 动的，则不要设置得太大，否则会连续增加膜层。如 果设计过程受到监控，并且在适当的时候会手动停止， 则可以设置得比较大。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 61 Optimac材料设置 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 62 Optimac过程 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 63 Simulated Annealing优化算法介绍 Simulated Annealing 不是一个新技术， 但大量用在薄 膜设计中。它由一个设计组成，随机地在优化函数面 上进行扰动。 模拟实际的退火过程，由 Boltzmann分布 exp(-E/kT)产 生的随机数确定下一个结果 ， E代表优化函数的随机增 加， KT代表退火温度 k是 Boltzmann常数，而不是消光 系数 ) 。 慢慢地使优化函数达到最小。处理过程越久， 通常结果更好。 在没有明显的初始结构时，用这种方法最好。适用于 有入射用的情况，特别是其它方法不行的时候。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 64 Annealing参数设置 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 65 Annealing参数设置 参数、标准偏差和初始温度分别设定。 厚度波动的标准偏差有一个开始值和结束值 。 在操作 开始时，波动应该非常大，但在末期就比较小。 退火温度的单位为度，每一度为初始优化函数的 1/10000 。 好的初始结构是必百或上千， 退火过程会 慢慢地降低温度，直到最终为 0。温度的下降不是线性 的，有时候递减的速度开始快，但标准偏差是相同的。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 66 Annealing参数设置 绝对： 0.2意思是在当前厚度上增加 0.2xl0， 相对：则是在当前厚度上增加膜厚的 0.2倍， 最好选择“绝对”，至少开始的时候，否则薄膜会不 变化。随机数的种子来自计算机 的时钟，一般不需要 改变。 在 simulated annealing中，厚度上限在 0.75左右是非常好的 起始点， 如果设置得太大，特别是早期的时候，会出 现优化函数的大幅振动。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 67 Annealing 过程 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 68 Conjugate Gradient法 Conjugate Gradient 优化方法属于用微分信息确定优 化函数面的斜率的方法。优化时，此信息用于改变设 计参数 (通常是膜层厚度 ) 。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 69 Conjugate Gradient参数设置 Merit Function Power： 必须为正的偶数 ， 此数越大， 优化越久。 通常为 2就可以了。 Limiting Range for Merit Function ： 如果优化函数小 于此值，则会停止优化并返回优化设计。 Maximum Iterations： 另一个 优化终止的标准。 Minimum Merit Function Improvement To Update Plot (%)： 控制多久要更新曲线一次。 Termination Match Count： 可以用于指定达到所要求 的小斜率的连续的时间的数目。 如果 Termination Match Count 小于 0 ，因为优化函数斜率很小，则 refinement永远不会停止。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 70 Conjugate Gradient 过程 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 71 Quasi-Newton法介绍 Quasi-Newton 优化方法也属于用微分信息确定优化函 数面的斜率的方法。优化时，此信息用于改变设计参 数 (通常是膜层厚度 ) 。 其参数设置和 Conjugate Gradient一样。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 72 Quasi-Newton过程 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 73 Needle Synthesis法介绍 Needle synthesis用优化图形面的微分信息来确定需要在 哪里插入一个新的膜层。 当优化图形的微分为负时，是插入新的膜层的最佳位 置。 在插入了所有厚度为 0的膜层后，用 Conjugate Gradient refinement将新的膜层的厚度扩展为非 0值。 在 refinement过程中 ,如果能够改进优化图形，其它膜 层的厚度也会改变。 优化过程一直重复，直到达到所要求的结果为止，或 者达到某些限定 (如总的迭代次数 )。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 74 Needle Synthesis参数 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 75 Needle Synthesis参数介绍 Number of Synthesis Cycles： 指定 Needle Synthesis尝试插入膜层的次数。当超过这个值时， Needle Synthesis会停止。 Merit Function Limit： 是另外一个控制 Needle Synthesis何时停止的一个参数。当优化函数降到小于 这个值时， Needle Synthesis停止。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 76 Needle Synthesis参数介绍 如果 Conjugate Refinement完成了，则会插入一个厚 度小于 New Thickness Value新的膜层， 然后 Needle Synthesis 会在入射介质后面或基底前面加入增加一 个材料。如果优化函数没有改进 Minimum improvement 所确定的数值，则再增加新的材料。 Maximum Number of New Needles： 定义每次迭代时可 以增加的最大层数。当 Compact Interval大于 0时，每 个 Compact Interval都迭代， Needle Synthesis会简 化设计，去掉那些厚度小于 Compact Thickness的膜层。 如果 Compact Interval等于 0，则不简化设计。它们一 般都设置为 1nm。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 77 Synthesis Materials参数 列出插入新的膜层所用的材料。缺省值为设计中所有 没有 locked膜层所用的材料，还可以增加或去年其它材 料。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 78 Needle Synthesis过程 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 79 MATERIALS MANAGEMENT 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 80 材料管理介绍 光学常数数据有： 折射率 n, 消光系数 k, 波长 l等 。 如果需要，这些值可以进行内插或外推。 一次只能有一个活动的材料库，但可以通过输入相关 材料文件，使用多个库中的材料。 设置活动材料库方法为： Options General 中设置。 要改变材料库，首选要关闭所有设计和材料， 然后在 材料文件夹选项中选择。如果输入了一个新的，但本 应的材料不存在，则会给出一个新建选项，它是一个 空的数据库，除了一个材料，空气和一个基底外。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 81 在库中显示材料列表 大部分窗口的 Tools菜单 中都有 Materials项 . 材料排列顺序可以通过 EditSort来改变。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 82 从其它库中输入材料 首选用 Tools Materials激活 Materials窗口， 然后用 Edit Import命令 。 选择所要的材料库，并从 中选取要输入的材料，点 import就可以。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 83 显示材料数据 材料表可以可以用 File Open Material. 命令打开。 另一种方法是在材料显示列表中 (Tools Materials)双 击材料的名称，可以得到这个材料的特性列表。此时， 可以从 Plot菜单中画出材料对波长和频率变化曲线。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 84 手动输入 用 filenewmaterial新建材料时，对一些没有输入的 值，用线性插值的方法计算。 但一些不平滑的曲线， 可以用 Insert Points， 然后程序用三次样条插值计算进 行平滑。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 85 用 insert points进行平滑 用 editinsert points， 在整数波长之间插入其它点，使 曲线平滑。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 86 波长单位变换 在编辑新材料时，可以用 Edit Wavelength Scale. 命令定义不同的波长单位 (缺省为 nm). 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 87 组合密度 Packing Density. 薄膜的折射率不仅取决于材料，还取决于组合密度。 即使是同一材料，如果组合密度不同，其折射率也不 相同。当组合密度变化时，通过它可以让存储的材料 的折射率也变化。 它可以在二个数据库中调整二个材料的常数，以表示 在不同基底温度下的材料沉积的不同。 注意：一旦改变了，在用的时候没有任何指示。所以， 除非非常明显，的材料与标准的不一样，否则不要用 此命令。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 88 热模型 材料的三个热参数。 Linear Expansion Coefficient和 dn/dT 的单位是固定的。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 89 删除材料 首先选择 ToolsMaterials 然后选择 EditDelete 只能删除最后一个材料。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 90 Optical Constant Extraction 可以用变量包络技术 (variant envelope technique)，可以 从反射率和透射率的数据提取光学常数 (Optical constants)。 这种方法通过反射率和 /或透过率的最大和最小值，用 插值计算最大和最小值之间的数据，产生包络。 如果精确地确定了极值的位置，则可以给出光学常数 的色散信息。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 91 Optical Constant Extraction步聚 FileNew Optical Constant 打开窗口， 输入相应的数据 (如下表 )，里面包括最大和最小透过率 或反射率 (没有对后面的面进行修正，要求后面的面是 未镀膜的 )。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 92 参数设置 Type:用不同的符号表示 1/4 或 1/2波长： T-QW, T-HW, R-QW ， R-HW. 基底的结果可以输入或通过已经存在的材料文件取得。 这些也可以是未镀膜的的透过率，标记为 T-SUB, 或基 底折射率 ， 标记为 N-SUB. Data Source ： Measured 和 Envelope。 Measured对应实 际的最大或最小值。 Envelope 的结果是为了帮助程序 画 1/4或 1/4波长包络图。是由三次样条插值函数插值得 到的。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 93 数据输入 菜单项 Transmittance 或 Reflectance打开一个数据显示窗 口。可以用 fileimport输入透射率或反射率曲线。 用鼠标拖动一个矩形区域来定义搜索范围，放开鼠标 得到峰值的位置。就在窗口的左上角显示波长和峰值 的值。需要指定是 1/4(cross)或 1/2(plus)波长， 是测量 点还是包络点 。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 94 数据输入 用 Add Point按钮会将数据转换到 data窗口中， 用来 计算包络。 则 1/4波长的点，用“ ”标记， 1/2波长点 用“ +”标记。 用 + 建立不同的包 络点。 然后用 Add Point输入为包络点。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 95 Calculate Parameters参数 Approximate Index： 因为有多重解，所以需要指定近 似折射率。 R/T Tolerance ： 为百分比。如果得不到正确解，决定 程序如何处理。首先会在公差范围内调整结果，如果 得到了一具好的结果，会标记“ A”， 如果还得不到好 的结果，会标记“ B”。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 96 Calculate Parameters参数 Film Model： 薄膜模型是 inhomogeneous和不吸收，还 是均匀和吸收的。 Incident Angle： 入射到薄膜上的角度 。最大为 45度。 . Polarization： 倾斜测量的偏振光分量 (S,P)。 在整个测 量过程中，必须用同一个偏振分量。 Match Extrema： 在常规操作中，不是总能精确适合极 值波长， Substrate Material： 选择基底材料 。 Use Spectrum： 选择了时，用透过率数据确定薄膜的光 学常数，如果没选，会用 Substrate Material的信息确定 其光学常数。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 97 光学常数提取过程 点 Extract n & k就会进行计算。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 98 计算结果 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 99 计算的光学常数结果 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 100 光学常数曲线 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 101 从计算结果中创建材料 可以用 Create Material菜单选项建立材料。有三个选项： From Inner n, From Outer n, From Mean n. 如果模型是均匀的，则这些结果是一样的，如果是非 均匀的，则这些模型明显不一样。 如果检查反射和 /或透射曲线，会发现极值点不是很匹 配，此时可以选择迫使结果与极点位置匹配 ， 而不是 选择 Match extrema。 此选项先计算光学常数和膜层厚 度，然后迫使光学常数与极值点匹配。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 102 得到基底的光学常数 可以用 Options Substrate n,k & T ， 从透射率和反射 率中得到光学常数。材料和基底数据可以从测量数据 中得到。一旦选择了 Substrate n,k & T命令， 就会显示 Extract Substrate Characteristics窗口。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 103 数据文件单位 选择 Unity： 测量值在 01之间 . 选择 Percent： 测量值在 0100之间 . 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 104 数据处理 一旦输入了 scale factor， 选择 Next就会到数据处理页面。 在这里允许对测量的数据进行平滑，及其它处理选项。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 105 Substrate Optical Constants 需要在这里指定基底的厚度值。 用 Create Material 和 Create Substrate按钮创建新材料文 件和新基底文件。它们可以存在当前材料数据库中。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 106 MULTICOAT-Stack 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 107 MULTICOAT-Stack 它由一系列介质组成，从 Incident Medium介质开始， 以 Emergent Medium结束。下图就是一个多层膜的例子。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 108 更复杂的 stack例子 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 109 参数定义 Medium type:Incident, Emergent,parallel, wedged. 假定介 质的界面或边界足够平行 (所有反射的光束仍然在系统 的孔径内 )，或 是楔形的 (反射光束到系统孔径之外 ) 。 Medium material:由其光学常数和内透射率确定。 Medium substrate:和材料一样选择。 Coating file:薄膜文件名。 coating direction： forward, reversed,定义每一层薄膜。 Coating Locked:只有没有锁定的膜层才参加优化和综合。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 110 Stack Refinement and Synthesis 在 stack中，如果同一个薄膜放在不同的面上，则优化 时，会只调整其中一个，然后再应用到所有的面上去。 如果想优化的时候分别处理所有的薄膜，但又想让它 们的起始点相同，则应该将它拷贝成新的文件，放在 不同的面上。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 111 创建新的 stack的方法 FileNewStack调出 Stack 窗口， 起始的 stack由入射介质空气、一块平行玻璃板和出身 介射空气组成，没有薄膜。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 112 1.建立一个新设计 下面以计算二边都有抗反射膜的平行玻璃板的特性为 例说明如何建立 stack。 首先，要建立一个抗反射膜。可以用 fileNew 建立一 个新 抗反射膜 。然后存为 Arcoat.dds 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 113 建立 stack 只需要加入二个薄膜。在 stack窗口上的第二栏和第三 栏上的 Coating File栏双击，选择 文件 ARcoat.DDS.如 果要删除膜层，选择膜层，然后按 就可以了。 Directions会自动给出，如果不对，可以更改。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 114 Performance设置 可以从 Parameters Performance中设置绘图的条件。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 115 建立更复杂的 stack 由二块玻璃基底组成。一块二边镀有抗反射膜，另一 块只有一边镀膜。入射和出射介质都是空气，在基底 二边都是空气，基底的面是平行的，但它们之间的空 气间隔是楔形的。内透过率为 100%。 新的 stack如下： 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 116 反射率和透过率曲线 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 117 ANALYSIS 和 DESIGN 工具 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 118 分析工具 先打开设计窗口， Tools Analysis打开分析工具。 有 5个选项： Admittance., Reflection Coefficient., Electric Field., Absorptance Rate., Total Absorptance. 。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 119 导纳图 Admittance 设置 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 120 导纳图 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 121 Reflection Coefficient. 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 122 电场 Electric Field参数设置 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 123 电场分布曲线 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 124 Absorptance Rate 参数设置 计算薄膜的 Absorptance Rate或 potential absorptance rate 。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 125 Absorptance Rate曲线 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 126 Total Absorptance 设置 计算整个薄膜中各层的吸收率 。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 127 Total Absorptance 曲线 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 128 设计工具 有 4个选项： Edge Filter., Herpin., Induced Transmission Filter Design. Symmetrical Periods. 可以辅助建立一个特定类型的薄膜。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 129 Edge Filter. Edge filters Edge Filter. 是用来自动设计这样一个周期 性结构的工具。是基于 1/4波长 stacks。 用于构建平板 偏振器。 一般可以考虑成如 (0.5HL0.5H) 或 (0.5LH0.5L)的对称周 期性结构。 对称周期性结构参见 Herpin. 还有更复杂的对称二种材料的周期性结构 (aAbBcAbBaA) ， 其中 A 和 B高和低折射率材料 (或者 反过来 ) 。 可以通过调整 a,b,c来消除偏振， 尽管对很多层的对称周期性结构也可以调整，但最好 是用 5层周期。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 130 Edge Filter参数设置 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 131 Edge Filter设计 只要选择好了，然后点 Make Edge Filter就会出现一个 设计结果，同时在公式对话框中会显示其公式。 下面是一个短波通滤波器 (边缘 510nm)。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 132 设计结果的曲线 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 133 所对应的公式 打开 editformula： 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 134 Herpin. 膜层的对称系列的积矩阵 (product matrix) 可以表示为 一个单层膜的矩阵形式。这种等效的单层膜与对称系 统具有等效的光学导纳和位相厚度。这就是所说的 Herpin等价。 因为对称系统在同一个设计中要重复多次，常认为是 对称周期结构，有时也叫 Herpin 周期。 Herpin. 计算对称的介质膜 (即透明的 )的等效导纳 E, 和等效位相厚度 。 在计算前，认为膜层的材料和厚 度为均匀的，也不考虑任何输入入射角，只计算垂直 入射的等效参数。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 135 Herpin操作举例 在一个设计中，选择一系列膜层为对称的周期结构。 设计中可能有其它膜层，但计算时只考虑所选择的膜 层。 首先激活设计窗口，选择 Formula， 输入有关数据。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 136 设计结果 上面的设计可以得到以下的结果： 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 137 Herpin设计 用 Shift+mouse选择前面三层， 从 ToolsDesign ToolsHerpin. ,会出现下面的对 话框， 可以选择输出是表格还是绘图。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 138 导纳曲线 二根曲线之间的间隔参数是虚数的区域，是高反射率 的区域 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 139 Induced Transmission Filter Design. 此选项计算感应透射滤波器的参数。设计时： (1)Toolsdesign tools Induced Transmission Filter Design.启动设计窗口， (2)设置滤波器的峰值波长，入射介质的材料，入射角 和偏振等，偏振可以为 s或 p(入射角为非 0) 。 (3)设置吸收层的详细数据：材料，厚度，厚度的单位。 (4)匹配层的材料：这个材料假定是理想电介质，在进 行计算以前，所有消光系数都去掉。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 140 参数设置窗口 Potential Transmittance: 74.07% Intercept: 0.104545 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 141 设计结果 用 Make design， 将结果转换到设计中去。设计结果： 吸收层 n: 0.0510， k: 2.9600000 物理厚度 : 80.000000 Optimum exit admittance: 0.31707 + i3.04661 匹配层折射率 : 2.1445，光学厚度 : 0.15292420 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 142 Symmetrical Periods Design 对称薄膜组合，可以用一层膜等效，其光学导纳和位 相厚度可以从单层膜的参数计算。 symmetrical periods design 可以计算 3层对称周期结构的 厚度，所以其等效膜有相同的光学导纳和位相厚度。 2021/3/23 版权所有 2004 讯技光电科技（上海）有限公司 143 Sensitivity sensitivity 计算设计结果对不同公差的灵敏度。目前只