TFC膜系設(shè)計(jì)中文教程

TFC膜系設(shè)計(jì)中文教程TFCalcE某ample口Antireflection(AR)FilterPageAR-1Single-LayerDecription這是最古老的AR設(shè)計(jì)。假定入射介質(zhì)是空氣，基板具有折射率N,那么折射率小于N的任何藥材組成的四分之一波長(zhǎng)厚度的膜層，其反射在參考波長(zhǎng)下都最小。若膜層的折射率是N的平方根，則其反射在參考波長(zhǎng)處是零。但若N<1.9,則不存在反射可以降到零的永久藥材。在這種情況下，我們需要一個(gè)兩層的膜系。Antireflection(AR)FilterPageAR-2Two-Layer(Vcoating)Decription一個(gè)兩層膜的AR膜系比單層的在反射上有更多的控制。一個(gè)兩層膜的濾波器可以在某單一波長(zhǎng)處反射為0,這就是稱其為V-coating的原因。對(duì)于給定的兩個(gè)藥材，可以有兩種產(chǎn)生0反射的設(shè)計(jì)。但此種膜系的缺點(diǎn)就在于0反射處波長(zhǎng)對(duì)于加工誤差很敏感，這可以用本軟件顯示其敏感度來(lái)說(shuō)明。Antireflection(AR)FilterPageAR-3Two-Layer(Wcoating)Decription一個(gè)兩層膜的AR膜系比單層的在反射上有更多的控制。一個(gè)兩層膜的濾波器的另一特性是可使某一范圍內(nèi)的反射很低(但不為0)。這就是為什么稱它為W-coating。口Antireflection(AR)FilterPageAR-4Three-LayerDecription一個(gè)三層膜的AR膜系比兩層的在反射上可以有更多的控制。這種膜系的成功之處很大程度在于找到三種折射率可以和基板，入射介質(zhì)相兼容的藥材。Plot這是經(jīng)典的M/4H/2L/4設(shè)計(jì)。它具有在一定程度上消除色差的優(yōu)點(diǎn)。Antireflection(AR)FilterPageAR-5Four-LayerTwo-MaterialDecription三層的AR膜系為了得到最好的性能，需要3種藥材，這是其弱點(diǎn)，也很難找到?，F(xiàn)在，只要將貼著基板的那個(gè)膜層用等價(jià)的3層的膜堆取代，就可以克服這一缺點(diǎn)，這里的膜堆是由其它兩種藥材組成的。Thelen依據(jù)W.Geffcken的理論給出了不同基板的設(shè)計(jì)的表格。但應(yīng)用優(yōu)化，對(duì)于指定的基板和波長(zhǎng)范圍，我們可以很容易的設(shè)計(jì)出4層的膜系。Plot細(xì)線表示的是用等價(jià)的膜堆HLH取代膜層1后的4層設(shè)計(jì)的反射曲線。在對(duì)450--650nm優(yōu)化后，其反射就是粗的那條曲線。注意反射范圍已經(jīng)改在0—0.5%，以更清楚的顯示其性能。Antireflection(AR)FilterPageAR-6Two-ZeroDecription對(duì)于一個(gè)在兩個(gè)波長(zhǎng)處抗反射的膜系來(lái)說(shuō)，一個(gè)三層膜的設(shè)計(jì)便是其基礎(chǔ)。這樣的膜系在倍頻處(即一處的波長(zhǎng)是另一處的2倍)經(jīng)常發(fā)生。通常的設(shè)計(jì)是使用三個(gè)四分之一波長(zhǎng)厚度的膜層，用優(yōu)化來(lái)調(diào)整兩個(gè)膜層的折射率，使在想要的兩個(gè)波長(zhǎng)處的反射為0。若調(diào)整后的折射率與實(shí)際藥材的不接近，則其中一層或兩層都要被等價(jià)的LHL膜堆代替。在這種情況下，需要再次優(yōu)化設(shè)計(jì)，以校正因LHL膜堆帶來(lái)的輕微色散造成的影響。Plot這并不是一個(gè)倍頻的例子；波長(zhǎng)是600和1100。此時(shí)，我們?cè)试S優(yōu)化來(lái)調(diào)整膜層的厚度和折射率。不同的折射率會(huì)被由ZrO2和MgF2組成的不同的膜堆所代替。同樣的技術(shù)對(duì)各種各樣的基板都有效。Antireflection(AR)FilterPageAR-7Graded-Inde某口Decription就像提到的，非均勻的膜系都適合高折射率的基板，例如GE。通常，非均勻膜層的折射率是單調(diào)的從基板變化到入射介質(zhì)。直線型的，指數(shù)型的以及雙曲線型的折射率輪廓與此都很相似。一個(gè)非均勻膜系可以用一系列折射率不同的均勻膜層模擬出來(lái)。然后用優(yōu)化來(lái)改善這些離散的濾波器的性能。Plot這是GE上的一個(gè)寬帶的AR膜系。上面的曲線是最初的10層的設(shè)計(jì)的反射，它的四分之一波長(zhǎng)厚度的膜層的折射率線性地由1.35變化到3.735。通過(guò)優(yōu)化，其反射得到了實(shí)質(zhì)性的降低，如圖中下面的曲線。Antireflection(AR)FilterPageAR-8Graded-Inde某，EqualRipple口DecriptionThelen提出了一些有關(guān)具有均等波動(dòng)屬性的AR膜系生產(chǎn)的理論。但是，這些合成方法的一個(gè)基本問(wèn)題是依賴于實(shí)際中不存在的折射率。一個(gè)可以替換的方法是用優(yōu)化來(lái)創(chuàng)造一個(gè)均等波動(dòng)的膜系。如，在前一頁(yè)的Graded-Inde某設(shè)計(jì)中，在長(zhǎng)波段處，反射升高了，這看起來(lái)很不順眼。將優(yōu)化目標(biāo)改成不等式就可補(bǔ)救這一點(diǎn)。Plot通過(guò)將優(yōu)化目標(biāo)改成R<0.5,來(lái)改善GE上的這個(gè)寬帶的AR膜系；然后，我們努力向均等波動(dòng)設(shè)計(jì)的方向優(yōu)化，如上圖所示。反射圖以波數(shù)為函數(shù)來(lái)突出反射曲線的對(duì)稱。Antireflection(AR)FilterPageAR-9WideBandDecription通過(guò)增加膜層的數(shù)量，運(yùn)用優(yōu)化，設(shè)計(jì)寬帶AR膜系還是有可能的。Plot此圖顯示的是個(gè)21層設(shè)計(jì)的反射。此設(shè)計(jì)基板是Ge,藥材是Ge和ZnS。其RMS優(yōu)化函數(shù)的值是0.6%?？贏ntireflection（AR）FilterPageAR-10Detector-RelativeDecription若一個(gè)檢波器的特性已知，則設(shè)計(jì)一個(gè)為它而優(yōu)化的AR膜系還是有可能的。考慮到人眼對(duì)可見(jiàn)波段不同波長(zhǎng)的敏感度不同，我們可以盡可能降低此膜系的反射光量，來(lái)為此檢波器設(shè)計(jì)一個(gè)AR膜系。口Plot這是個(gè)四層的例子，我們通過(guò)優(yōu)化使反射光量最小。細(xì)線是原始設(shè)計(jì)；粗線是優(yōu)化后設(shè)計(jì)。反射光量由0.08%降到0.04%。BandpaFilterPageBP-1Fabry-PerotDecription此濾波器實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)鏡子間的cavity（模槽）。隨著模槽尺寸的增加，或者隨著鏡子中膜層的增加，圖中PEAK的寬度都會(huì)降低。cavity（模槽）必須是波長(zhǎng)一半的整數(shù)。（？）口若因加工誤差導(dǎo)致PEAK在一個(gè)較大的波長(zhǎng)處產(chǎn)生，可以斜移膜系將PEAK移動(dòng)到想要的波長(zhǎng)處?？赑lotBandpaFilterPageBP-2PhaeConjugateDecription此設(shè)計(jì)比起前面的Fabry-Perot濾波器來(lái)，對(duì)加工誤差的敏感度要小些。主要PEAK輕微的飄離了參考波長(zhǎng)?？赑lotBandpaFilterPageBP-3Narrow-BandDecription運(yùn)用多個(gè)模槽可以創(chuàng)建一個(gè)窄的帶通濾波器。增加模槽的尺寸可以增加曲線過(guò)度處的傾斜度，但這樣做，會(huì)在一定程度上降低通過(guò)區(qū)域的寬度。Plot這是個(gè)含有三個(gè)模槽的濾波器?？贐andpaFilterPageBP-4Wide-BandDecription創(chuàng)造一個(gè)很寬的帶通濾波器的一個(gè)技術(shù)就是：鍍上兩個(gè)edgefilter。將一短波通過(guò)濾波器鍍?cè)谝粋€(gè)長(zhǎng)波通過(guò)濾波器的上面，或者將這兩個(gè)濾波器分別鍍?cè)诨宓膬蛇?。此技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于很容易放置這兩個(gè)濾波器，使得可以很容易的創(chuàng)造幾乎任何寬度的濾波器。Plot此例子是由“LongWavePa3”和“ShotWavePa”創(chuàng)造而來(lái)口BeamSplitterPageBS-1NeutralDecription此種濾波器的目的就在于將給定波段內(nèi)的入射光束分成兩部分。雖然50%-50%是最常見(jiàn)的分法，但其他比例的分法同樣需要。入射角度可以是垂直的，也可以不是。在非垂直入射下，比例的影響是個(gè)很重要的考慮因素。在非垂直入射下，此種膜系會(huì)被放置在兩個(gè)棱鏡之間，使得入射和出射介質(zhì)一樣。和抗反射膜系一樣，優(yōu)化提供了最好的設(shè)計(jì)方式。如果使用dielectric（絕緣的）藥材，垂直入射的情況就可以設(shè)計(jì)出來(lái)，然后在調(diào)整膜層的厚度來(lái)適應(yīng)不同的入射角度。Plot這是個(gè)由TiO2和SiO2組成的8層的膜系，通過(guò)優(yōu)化，可以在400-700nm處將光束分成50%-50%的比例?？贐eamSplitterPageBS-2ColdMirrorDecription這是個(gè)dichroic（二色性的）濾波器的例子，它可以一個(gè)波段內(nèi)通過(guò)，而在另一個(gè)波段內(nèi)反射。對(duì)于一個(gè)ColdMirror,紅外波段要通過(guò)，可見(jiàn)光波段要反射。用一個(gè)edgefilter也可以達(dá)到這個(gè)目的，但通常在截止處沒(méi)必要像edgefilter那樣的陡峭。在一些應(yīng)用中，反射光的顏色很重要。若投光源已知，就已經(jīng)對(duì)此膜系進(jìn)行優(yōu)化了。此種類型的另一個(gè)膜系-HotMirror，則是在紅外波段反射，在可見(jiàn)光波段通過(guò)。Plot這是個(gè)由TiO2和SiO2組成的12層的膜系，通過(guò)優(yōu)化，可以在400-700nm段反射，在800-2000nm段透過(guò)?？贐eamSplitterPageBS-3PolarizingDecription斜移edgefilter并優(yōu)化提高P分量的透過(guò)，就可以創(chuàng)造一個(gè)絕緣的偏振光束分離器。雖然用兩種藥材在brewter（.布儒斯特角）處可以設(shè)計(jì)出最寬的偏振范圍，但在其他角度處同樣設(shè)計(jì)出這樣的濾波器也并不困難。Pl