essential_macleod光学薄膜设计与分析软件简要使用说明

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1、Essential Macleod光学薄膜设 计与分析软件简要使用说明利方达有限公司系统需要 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 软件介绍Essential Macleod 核心麦克劳德是一套完备的光学 薄膜分析与设计的软件包，它能在微软视窗操作系统下运 行， 并且具有真正的多文档操作界面。它能满足光学镀 膜设计中的各种要求。既可以从头开始设计，也可以优化 已有的设计；可以观测在设计生产中的误差，也可以导出 薄膜的光学常数，是当今市场上最完善的薄膜设计及分析软件。软件特点 使用简便： 常见的用户界面

2、；广泛的使用剪贴板；高质 量曲线；真正的多文档界面； 用户自定义单位：任意定义波长、频率、厚度、时间的单 位； 逆向工程：n、k值导出；非均匀性和吸收，堆砌密度的变 化；固定缩放比例；灵活的限制性优化。 优化及合成：Optimac法；Simplex法；模拟退火法； 目标：对包括颜色的所有的参数确定目标清单；从外部源 输入目标数据；链接； 分析和设计工具：导纳图表；反射系数图表；绝对电场幅 度图；非极化边缘滤波片设计工具；对称平衡层（Herpin ）计算；软件特点 性能计算：反射系数；透射系数；反射相位；透射相位； 密度；偏振角，偏振相位；群时延；群时延色散；三价色 散；一价、二价、三价导数。公

3、差同波长、频率、入射角 、膜厚关系函数； 颜色：在Tristimulus、Chromaticity、CIE L*a*b*、CIE L*u*v*、Hunter Lab系统下计算。用户可定义的光源；用 户可定义的观测； 材料：提供标准的材料数据库；多数据库，如：不同的温 度、镀膜机、不同的项目、不同的客户、不同的系统；材 料数据容易输入；数据图标显示；强大的编辑器；设计工具Essential Macleod提供一个多样化的工具支持设计过 程. 编辑工具使设计操作更容易。这些工具包括：膜层逆 转、材料替换、公式设计、膜厚缩放比例、匹配的角度， 不邻近膜层的剪切、拷贝和粘贴。强大的工具编辑提供必 要的

4、规格、材料数据、表格和图表。设计工具还包括透射滤光器设计、非极性化边缘滤光 器和平衡膜层（Herpin）参数的计算。透射滤光器工具计 算对指定的金属膜可能的透射率和相应1/4波长非导电性 介质膜的滤光的厚度要求。它也可以用在简单的测量特殊 吸收材料在规定厚度的最大透光率。非极性化边缘滤光器 工具创建一个五层两种材料的对称结构的初始设计，最外 的膜层随后能被优化成相配的滤光设计。 性能计算Essential Macleod 提供了一套完备的性能计算功能 。除了一般反射和透射计算外，还包括：密度吸收率 椭偏参数超快参数 ( 群时延 群时延色散三阶色散 ) 和光的色散，此外，也可以应用于色彩计算。公

5、差计算可 使用户判定厚度微小变化对设计影响。分析工具分析工具包括导纳图标法、环性（反射系数）图标法、电 场图法。电场图计算绝对的电场幅度，提供了几个膜层能 量吸收的比较信息，因此评估有关的可能损失，或者同一 膜层在不同波长下的能量吸收。导纳轨迹法以及环形图法 则可帮使用者了解设计是如何进行的， 通过导纳或者复 振幅系数的从系统中的后层到前层的转换，这种方法将不 同膜层的作用转换至一层单层膜，由此可以被视做一套完 整的直观记录方法。优化 （Refinement）Essential Macleod 提供了 Optimac 、非线性纯化法 （ Nonlinear Simplex ） 、模拟退火法（

6、Simulated Annealing ） 等优化方法。在一般条件下，OptiMac 功能 强大，推荐使用这种优化法；而 Simplex 则较为快速和稳 定；作为一种统计型方法， Simulated Annealing 在阻抗 型的情况里会很有效，但相对耗时。在优化的工程中，我 们可以锁定（Lock）某些膜层，使其厚度无法改变。 Linking可以步骤式改变厚度。优化目标可以以需计算的性 能参数来定义，例如：颜色，波长（或频率）、入射角、 以及公差。对象连接使得更加复杂的优化功能得以实现。 对于不同波长和不同入射角的情况而言，目标发生器可协 助创建多目标。合成（synthesis）Optima

7、c 技术也可以在合成模块里操作，为了达到 需要的规格在设计时它可以增加或者移走膜层。合成也可 用于改善现有的设计，或者从一个材料清单和规格里产生 设计。 Optimac是可存档的。它记录优化设计的完整历史 ，从而允许在膜系的性能和复杂性间寻找平衡点。逆向工程Essential Macleod 可对在制造过程中生成的误差提 供鉴定支持；这方面支持是通过单一优化法的改进而达到 的。单一优化法可对折射率和厚度进行优化。通过各种方 式对不同方面的约束，分析找出制造过程中的误差和其他 问题。这些约束条件可以逐渐改变或者取消，以得到最后 的解决方案，并确定可能误差的性质和大小。而折射率的 变化是由堆砌密度

8、改变来表征。n、k值导出虽然 Essential Macleod 提供了一套完整的材料数据 库，但是通常对于某一特定的镀膜厂家，数据库中材料的 光学参数同实际薄膜的参数不尽相同的。 针对这种情况 ，根据分光光度计对测试薄膜的折射率和透射率的测量结 果， N&K 导出法可方便地导出 n 与 k 的值。这里采用的 包络线方法十分稳定。这种方法采用“全透射”，“全反射” 或者透射和反射的数据。根据得到的数据，可以检测出膜 层的非均匀性，吸收或者同时两方面的结果。用户定义单位单位是用户经常碰到的一个问题，但是在Essential Macleod 不是问题，单位可自定义选择。如：频率可以采 用电子伏特、

9、千兆赫、波数；波长可选埃、纳米、微米甚 至微英寸。颜色计算 颜色计算提供最通用的颜色空间： Tristimulus Chromaticity CIE L*a*b* CIE L*u*v* Hunter Lab 光源的挑选可根据需要预先定义。 CIE 1931 和 1964颜色 匹配功能也包括在里面，其次你可以定义你要求的其他颜 色。颜色也可以作为一个优化和合成的目标列入清单，计 算透射和反射颜色。光学组件（Stack）多数镀膜光学元件最少有两个面，一个滤光器组件或 混合膜层透镜有许多面，基底可能吸收某些波长的光， Essential Macleod 有一个计算多膜层和多基底系列组件 性能的工具。

10、一个有效的编辑器将元件组和成一个堆，它 由多组镀膜和无镀层的吸收滤光片组成，表面可以是平行 或者楔型。材料的表现不是总在最理想状态并且光学参数 经常依赖特定的镀膜机和沉积的参数。工作条件也影响材 料性能，比如：一个冷红外滤光片的工作性能可以跟其室 温时的性能有很大的不同。因此多材料数据库，可以使设 计很容易的从一个材料库到另一个，以研究温度和镀膜环 境的影响。多材料数据库还有别的优势，例如：它允许材 料数据只属于某一个委托人， 受到隔离和保护。材料管理实际材料会发生与波长有关的光学参数色散。实时 计算必须考虑到这些变化。每一种材质都以数据表存储， 该数据表包括随波长改变的折射率和消光系数，这使

11、得我 们可以对任一种色散建模。诸如样条插值法（ Spline Interpolation ）等功能强大的编辑工具结合输入 / 输出功 能后使得 Essential Macleod 简单易用公差Essential Macleods公差容量允许研究设计对制造 误差的敏感性。改变设计并进行可以比较，从而选择最好 的设计，尽管设计可能类似，但他们的对制造误差的敏感 性不同。如何使用软件文件菜单(File Menu) 双击 Essential Macleod图 标进入文件 菜单文件菜单(File Menu)工具菜单(Tools Menu)选项菜单(Options Menu)帮助菜单(Help Menu)

12、定义材料文件夹(Define material folder)在选项菜单 下点击 General进 入定义材料 文件夹新的设计(New Design)新的设计(New Design)入射角 设计波长 入射介质 基片 膜层材料 厚度编辑公式(Edit Formula)公式( Formula) Symbol:用户 自定义（H,L 等） Packing Density:填充 密度=薄膜的 固体体积/总 的体积 Medium:输 入膜系的结 构定义厚度 光学厚度=nd/ 几何厚度= d/ 物理厚度= d 光学厚度= 4nd/X轴参数X轴的参数： 波长 波束 入射角 光学厚度 几何厚度 物理厚度Y轴参数

13、Y轴参数：反射率、透射 率反射位相、 透射位相、颜 色、(超速的 (ultrafast), 椭圆偏振量( ellipsometri c)，以及波长 的0-3阶导数 等。 参数图导纳分析工具导纳图例子 高反膜 减反膜 截止滤光片（长波通）高反射膜Air/(HL)s H/GlassAir/(HL)s H/Glass H：TiO2，L：SiO2，0 ： 1000nm，S=1设计（S=1）波长改为 1000nm保存设计编辑参数X轴参数： 波长Y轴参数： 反射率反射曲线（S=1）导纳参数导纳图表Air/(HL)s H/GlassAir/(HL)s H/Glass H：TiO2，L：SiO2，0 ： 10

14、00nm，S=3设计（S=3）在同一图上显示（S=1，3）显示反射曲 线图后，点 击曲线图标 题栏上的文 件（File）， 点击添加线 条（add line ），选取要 显示的曲线 文件后点击 打开，线条 就在同一图 上显示在同一图上显示（S=1，3，7）黑色：s=1 红色：s=3 兰色：s=7导纳图（S=7）反射位相（S=7）反射系数（S=7）电场（S=7）活动图表（S=7，波长改变）活动图表（S=7，波长和角度改变）点击、 、可 以改变参 数改变入射角（S=7，45度入射）倾斜入射角注意： 偏振和入射角偏振图（S=7） 兰色：S偏 振 绿色：平均 红色：P偏 振减反膜1层减反膜设计Air/

15、L(SiO2)/Glass550nm1层减反膜导纳图1层减反膜反射率曲线 虚线是玻 璃的反射 率 实线是单 层减反膜 反射率曲 线2层减反膜设计Air/L(SiO2)M(Y2O3)/Glass550nm2层减反膜导纳图2层减反膜反射曲线图兰色：玻璃的 反射率曲线 红色：1层减 反膜的反射 率曲线 黑色： 2层减 反膜的反射 率曲线2层减反膜设计（非规整）Air/1.32L(SiO2)0.26H(TiO2)/Glass550nm2层减反膜设计（非规整）Air/1.32L(SiO2)0.26H(TiO2)/Glass550nm2层减反膜导纳图（非规整）Air/1.32L(SiO2)0.26H(Ti

16、O2)/Glass550nm2层减反膜反射率曲线图（非规整）Air/1.32L(SiO2)0.26H(TiO2)/Glass550nm宽带减反膜400700nm 波长范围内减反射 初始膜系为Air/L(SiO2)2H(TiO2） 0.32L(SiO2)0.26H(TiO2)/Glass550nm宽带减反膜宽带减反膜导纳图优化与综合优化方式有： 目标设定 单纯形法 最佳寻优法 模拟退火法 共轭剃度法 牛顿叠代法 针法目标参数目标参数设定选用单纯形法优化厚度优化前后的反射率曲线对比 黑色：优 化前的反 射率曲线 红色：优 化后的反 射率曲线截止滤光片（长波通）长波通滤光片简单的要求： 50%透过率点的波长是600nm 大于850nm具有高的透过率和低的波纹 没有短波边带 材料用TiO2和SiO2长波通滤光片1. 打开新的设 计文档 2