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1、Essential Macleod光学薄膜光学薄膜设计与分析软件设计与分析软件 利方达有限公司 系统需要l完全与Microsoft Windows 操作系统兼容，lPentium 处理器l 建议硬盘空间： 20-25Mb l内存：128Mb 软件介绍 Essential Macleod 核心麦克劳德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l使用简
2、便：使用简便： 常见的用户界面；广泛的使用剪贴板；高质量曲线；真正的多文档界面；l用户自定义单位：用户自定义单位：任意定义波长、频率、厚度、时间的单位；l逆向工程：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。l优化及合成：优化及合成：Optimac法；Simplex法；模拟退火法；l目标：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；l分析和设计工具：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l性能计算：性能计算：反射系数；透射系数；反射相位；透射
3、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。公差同波长、频率、入射角、膜厚关系函数；l颜色：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；l材料：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
4、、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
5、( 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 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。优化优化 （Refinement） Essential Macleod 提供了 Optimac
6、 、非线性纯化法（ Nonlinear Simplex ） 、模拟退火法（ 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
7、生器可协助创建多目标。合成（合成（synthesis） Optimac 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
8、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改变来表征。n、k值导出值导出 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。用户定义单位用户定义单位 单位是用户经常碰到的一个问题，但是在Essential Mac
9、leod 不是问题，单位可自定义选择。如：频率可以采用电子伏特、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l颜色计算提供最通用的颜色空间：lTristimulus lChromaticity lCIE L*a*b* lCIE L*u*v* lHunter Lab l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（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，
10、Essential Macleod 有一个计算多膜层和多基底系列组件性能的工具。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
11、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。文件菜单(File Menu)l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(Opti
12、ons Menu)帮助菜单(Help Menu)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)lSymbol:用户自定义（H,L等）lPacking Density:填充密度=薄膜的固体体积/总的体积lMedium:输入膜系的结构定义厚度l光学厚度=nd/l几何厚度= d/l物理厚度= dl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
13、轴参数Y轴参数：l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( ellipsometric)，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l高反膜l减反膜l截止滤光片（长波通）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 ： 1000nm，S=3设计（
14、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）l兰色：S偏振l绿色：平均l红色：P偏振1层减反膜设计Air/L(SiO2)/Glass550nm1层减反膜导纳图1层减反膜反射
15、率曲线l虚线是玻璃的反射率l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(TiO2)/Glass550nm2层减反膜反射率曲线图（非规整）Air/1.32L(SiO2
16、)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l黑色：优化前的反射率曲线l红色：优化后的反射率曲线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. 在
17、编辑栏中选用公式编辑来创建长波通的结构（0.5HL0.5H）16长波通滤光片 改变设计波长为550nm长波通滤光片lX轴的波长范围为400nm1000nmlY轴显示透过率长波通滤光片 在曲线图上按住ALT+鼠标左键出现十字线，移动鼠标就可以显示曲线上十字对应点的坐标值长波通滤光片长波通滤光片长波通滤光片 点击Lock All，锁定所有的膜层长波通滤光片 解除连接空气的6层及连接基底介质的6层的锁定长波通滤光片 选择共轭叠代法进行优化长波通滤光片优化结束长波通滤光片 黑色：优化前的透射率曲线 红色：优化后的透射率曲线长波通滤光片 取消所有的锁定，Link所有的膜层长波通滤光片 设定目标600nm处的透过率为50%长波通滤光片长波通滤光片长波通滤光片减反膜减反膜减反膜减反膜减反膜StackStackStack 黑色：背面加了减反射膜 红色：背面没有加减反射膜极值输入法 FileNew Optical Constant 打开窗口极值输入法l输入相应的数据(如表)极值输入法n，k值列表n，k值曲线
