EssentialMacleod光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)與分析軟.ppt

1、Essential Macleod光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)與分析軟件,利方達(dá)有限公司,系統(tǒng)需要,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,軟件介紹,Essential Macleod 核心麥克勞德是一套完備的光學(xué)薄膜分析與設(shè)計(jì)的軟件包，它能在微軟視窗操作系統(tǒng)下運(yùn)行， 并且具有真正的多文檔操作界面。它能滿足光學(xué)鍍膜設(shè)計(jì)中的各種要求。既可以從頭開始設(shè)計(jì)，也可以優(yōu)化已有的設(shè)計(jì)；可以觀測(cè)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的誤差，也可以導(dǎo)出薄膜的光學(xué)常數(shù)，是當(dāng)今市場(chǎng)上最完善的薄膜設(shè)計(jì)及分析軟件。,軟件特點(diǎn),使用簡(jiǎn)便： 常見的用戶界面；廣泛的使用剪貼

2、板；高質(zhì)量曲線；真正的多文檔界面； 用戶自定義單位：任意定義波長(zhǎng)、頻率、厚度、時(shí)間的單位； 逆向工程：n、k值導(dǎo)出；非均勻性和吸收，堆砌密度的變化；固定縮放比例；靈活的限制性優(yōu)化。 優(yōu)化及合成：Optimac法；Simplex法；模擬退火法； 目標(biāo)：對(duì)包括顏色的所有的參數(shù)確定目標(biāo)清單；從外部源輸入目標(biāo)數(shù)據(jù)；鏈接； 分析和設(shè)計(jì)工具：導(dǎo)納圖表；反射系數(shù)圖表；絕對(duì)電場(chǎng)幅度圖；非極化邊緣濾波片設(shè)計(jì)工具；對(duì)稱平衡層（Herpin）計(jì)算；,軟件特點(diǎn),性能計(jì)算：反射系數(shù)；透射系數(shù)；反射相位；透射相位；密度；偏振角，偏振相位；群時(shí)延；群時(shí)延色散；三價(jià)色散；一價(jià)、二價(jià)、三價(jià)導(dǎo)數(shù)。公差同波長(zhǎng)、頻率、入射角、膜厚關(guān)

3、系函數(shù)； 顏色：在Tristimulus、Chromaticity、CIE L*a*b*、CIE L*u*v*、Hunter Lab系統(tǒng)下計(jì)算。用戶可定義的光源；用戶可定義的觀測(cè)； 材料：提供標(biāo)準(zhǔn)的材料數(shù)據(jù)庫(kù)；多數(shù)據(jù)庫(kù)，如：不同的溫度、鍍膜機(jī)、不同的項(xiàng)目、不同的客戶、不同的系統(tǒng)；材料數(shù)據(jù)容易輸入；數(shù)據(jù)圖標(biāo)顯示；強(qiáng)大的編輯器；,設(shè)計(jì)工具,Essential Macleod提供一個(gè)多樣化的工具支持設(shè)計(jì)過(guò)程. 編輯工具使設(shè)計(jì)操作更容易。這些工具包括：膜層逆轉(zhuǎn)、材料替換、公式設(shè)計(jì)、膜厚縮放比例、匹配的角度，不鄰近膜層的剪切、拷貝和粘貼。強(qiáng)大的工具編輯提供必要的規(guī)格、材料數(shù)據(jù)、表格和圖表。 設(shè)計(jì)工具還包

4、括透射濾光器設(shè)計(jì)、非極性化邊緣濾光器和平衡膜層（Herpin）參數(shù)的計(jì)算。透射濾光器工具計(jì)算對(duì)指定的金屬膜可能的透射率和相應(yīng)1/4波長(zhǎng)非導(dǎo)電性介質(zhì)膜的濾光的厚度要求。它也可以用在簡(jiǎn)單的測(cè)量特殊吸收材料在規(guī)定厚度的最大透光率。非極性化邊緣濾光器工具創(chuàng)建一個(gè)五層兩種材料的對(duì)稱結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)，最外的膜層隨后能被優(yōu)化成相配的濾光設(shè)計(jì)。,性能計(jì)算,Essential Macleod 提供了一套完備的性能計(jì)算功能。除了一般反射和透射計(jì)算外，還包括：密度吸收率橢偏參數(shù)超快參數(shù) ( 群時(shí)延 群時(shí)延色散三階色散 ) 和光的色散，此外，也可以應(yīng)用于色彩計(jì)算。公差計(jì)算可使用戶判定厚度微小變化對(duì)設(shè)計(jì)影響。,分析工具,

5、分析工具包括導(dǎo)納圖標(biāo)法、環(huán)性（反射系數(shù)）圖標(biāo)法、電場(chǎng)圖法。電場(chǎng)圖計(jì)算絕對(duì)的電場(chǎng)幅度，提供了幾個(gè)膜層能量吸收的比較信息，因此評(píng)估有關(guān)的可能損失，或者同一膜層在不同波長(zhǎng)下的能量吸收。導(dǎo)納軌跡法以及環(huán)形圖法則可幫使用者了解設(shè)計(jì)是如何進(jìn)行的， 通過(guò)導(dǎo)納或者復(fù)振幅系數(shù)的從系統(tǒng)中的后層到前層的轉(zhuǎn)換，這種方法將不同膜層的作用轉(zhuǎn)換至一層單層膜，由此可以被視做一套完整的直觀記錄方法。,優(yōu)化 （Refinement）,Essential Macleod 提供了 Optimac 、非線性純化法（ Nonlinear Simplex ） 、模擬退火法（ Simulated Annealing ） 等優(yōu)化方法。在一般條

6、件下，OptiMac 功能強(qiáng)大，推薦使用這種優(yōu)化法；而 Simplex 則較為快速和穩(wěn)定；作為一種統(tǒng)計(jì)型方法， Simulated Annealing 在阻抗型的情況里會(huì)很有效，但相對(duì)耗時(shí)。在優(yōu)化的工程中，我們可以鎖定（Lock）某些膜層，使其厚度無(wú)法改變。 Linking可以步驟式改變厚度。優(yōu)化目標(biāo)可以以需計(jì)算的性能參數(shù)來(lái)定義，例如：顏色，波長(zhǎng)（或頻率）、入射角、以及公差。對(duì)象連接使得更加復(fù)雜的優(yōu)化功能得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于不同波長(zhǎng)和不同入射角的情況而言，目標(biāo)發(fā)生器可協(xié)助創(chuàng)建多目標(biāo)。,合成（synthesis）,Optimac 技術(shù)也可以在合成模塊里操作，為了達(dá)到需要的規(guī)格在設(shè)計(jì)時(shí)它可以增加或者移走

7、膜層。合成也可用于改善現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，或者從一個(gè)材料清單和規(guī)格里產(chǎn)生設(shè)計(jì)。 Optimac是可存檔的。它記錄優(yōu)化設(shè)計(jì)的完整歷史，從而允許在膜系的性能和復(fù)雜性間尋找平衡點(diǎn)。,逆向工程,Essential Macleod 可對(duì)在制造過(guò)程中生成的誤差提供鑒定支持；這方面支持是通過(guò)單一優(yōu)化法的改進(jìn)而達(dá)到的。單一優(yōu)化法可對(duì)折射率和厚度進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)各種方式對(duì)不同方面的約束，分析找出制造過(guò)程中的誤差和其他問(wèn)題。這些約束條件可以逐漸改變或者取消，以得到最后的解決方案，并確定可能誤差的性質(zhì)和大小。而折射率的變化是由堆砌密度改變來(lái)表征。,n、k值導(dǎo)出,雖然 Essential Macleod 提供了一套完整的材料數(shù)

8、據(jù)庫(kù)，但是通常對(duì)于某一特定的鍍膜廠家，數(shù)據(jù)庫(kù)中材料的光學(xué)參數(shù)同實(shí)際薄膜的參數(shù)不盡相同的。 針對(duì)這種情況，根據(jù)分光光度計(jì)對(duì)測(cè)試薄膜的折射率和透射率的測(cè)量結(jié)果， N&K 導(dǎo)出法可方便地導(dǎo)出 n 與 k 的值。這里采用的包絡(luò)線方法十分穩(wěn)定。這種方法采用“全透射”，“全反射”或者透射和反射的數(shù)據(jù)。根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，可以檢測(cè)出膜層的非均勻性，吸收或者同時(shí)兩方面的結(jié)果。,用戶定義單位,單位是用戶經(jīng)常碰到的一個(gè)問(wèn)題，但是在Essential Macleod 不是問(wèn)題，單位可自定義選擇。如：頻率可以采用電子伏特、千兆赫、波數(shù)；波長(zhǎng)可選埃、納米、微米甚至微英寸。,顏色計(jì)算,顏色計(jì)算提供最通用的顏色空間： Tris

9、timulus Chromaticity CIE L*a*b* CIE L*u*v* Hunter Lab 光源的挑選可根據(jù)需要預(yù)先定義。 CIE 1931 和 1964顏色匹配功能也包括在里面，其次你可以定義你要求的其他顏色。顏色也可以作為一個(gè)優(yōu)化和合成的目標(biāo)列入清單，計(jì)算透射和反射顏色。,光學(xué)組件（Stack）,多數(shù)鍍膜光學(xué)元件最少有兩個(gè)面，一個(gè)濾光器組件或混合膜層透鏡有許多面，基底可能吸收某些波長(zhǎng)的光，Essential Macleod 有一個(gè)計(jì)算多膜層和多基底系列組件性能的工具。一個(gè)有效的編輯器將元件組和成一個(gè)堆，它由多組鍍膜和無(wú)鍍層的吸收濾光片組成，表面可以是平行或者楔型。材料的表現(xiàn)

10、不是總在最理想狀態(tài)并且光學(xué)參數(shù)經(jīng)常依賴特定的鍍膜機(jī)和沉積的參數(shù)。工作條件也影響材料性能，比如：一個(gè)冷紅外濾光片的工作性能可以跟其室溫時(shí)的性能有很大的不同。因此多材料數(shù)據(jù)庫(kù)，可以使設(shè)計(jì)很容易的從一個(gè)材料庫(kù)到另一個(gè)，以研究溫度和鍍膜環(huán)境的影響。多材料數(shù)據(jù)庫(kù)還有別的優(yōu)勢(shì)，例如：它允許材料數(shù)據(jù)只屬于某一個(gè)委托人， 受到隔離和保護(hù)。,材料管理,實(shí)際材料會(huì)發(fā)生與波長(zhǎng)有關(guān)的光學(xué)參數(shù)色散。實(shí)時(shí)計(jì)算必須考慮到這些變化。每一種材質(zhì)都以數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)，該數(shù)據(jù)表包括隨波長(zhǎng)改變的折射率和消光系數(shù)，這使得我們可以對(duì)任一種色散建模。諸如樣條插值法（ Spline Interpolation ）等功能強(qiáng)大的編輯工具結(jié)合輸入 /

11、輸出功能后使得 Essential Macleod 簡(jiǎn)單易用,公差,Essential Macleods公差容量允許研究設(shè)計(jì)對(duì)制造誤差的敏感性。改變?cè)O(shè)計(jì)并進(jìn)行可以比較，從而選擇最好的設(shè)計(jì)，盡管設(shè)計(jì)可能類似，但他們的對(duì)制造誤差的敏感性不同。,文件菜單(File Menu),雙擊Essential Macleod圖標(biāo)進(jìn)入文件菜單,文件菜單(File Menu),工具菜單(Tools Menu),選項(xiàng)菜單(Options Menu),幫助菜單(Help Menu),定義材料文件夾(Define material folder),在選項(xiàng)菜單下點(diǎn)擊General進(jìn)入定義材料文件夾,新的設(shè)計(jì)(New De

12、sign),新的設(shè)計(jì)(New Design),入射角 設(shè)計(jì)波長(zhǎng) 入射介質(zhì) 基片 膜層材料 厚度,編輯公式(Edit Formula),公式( Formula),Symbol:用戶自定義（H,L等） Packing Density:填充密度=薄膜的固體體積/總的體積 Medium:輸入膜系的結(jié)構(gòu),定義厚度,光學(xué)厚度=nd/ 幾何厚度= d/ 物理厚度= d 光學(xué)厚度= 4nd/,X軸參數(shù),X軸的參數(shù)： 波長(zhǎng) 波束 入射角 光學(xué)厚度 幾何厚度 物理厚度,Y軸參數(shù),Y軸參數(shù)： 反射率、透射率反射位相、透射位相、顏色、(超速的(ultrafast),橢圓偏振量( ellipsometric)，以及波長(zhǎng)

13、的0-3階導(dǎo)數(shù)等。,參數(shù)圖,導(dǎo)納分析工具,導(dǎo)納圖,例子,高反膜 減反膜 截止濾光片（長(zhǎng)波通）,Air/(HL)s H/Glass,Air/(HL)s H/Glass H：TiO2，L：SiO2，0 ： 1000nm，S=1,設(shè)計(jì)（S=1）,波長(zhǎng)改為1000nm,保存設(shè)計(jì),編輯參數(shù),X軸參數(shù)： 波長(zhǎng) Y軸參數(shù)： 反射率,反射曲線（S=1）,導(dǎo)納參數(shù),導(dǎo)納圖表,Air/(HL)s H/Glass,Air/(HL)s H/Glass H：TiO2，L：SiO2，0 ： 1000nm，S=3,設(shè)計(jì)（S=3）,在同一圖上顯示（S=1，3）,顯示反射曲線圖后，點(diǎn)擊曲線圖標(biāo)題欄上的文件（File），點(diǎn)擊添加

14、線條（add line），選取要顯示的曲線文件后點(diǎn)擊打開，線條就在同一圖上顯示,在同一圖上顯示（S=1，3，7）,黑色：s=1 紅色：s=3 蘭色：s=7,導(dǎo)納圖（S=7）,反射位相（S=7）,反射系數(shù)（S=7）,電場(chǎng)（S=7）,活動(dòng)圖表（S=7，波長(zhǎng)改變）,活動(dòng)圖表（S=7，波長(zhǎng)和角度改變）,點(diǎn)擊、可以改變參數(shù),改變?nèi)肷浣牵⊿=7，45度入射）,傾斜入射角,注意： 偏振和入射角,偏振圖（S=7）,蘭色：S偏振 綠色：平均 紅色：P偏振,1層減反膜設(shè)計(jì),Air/L(SiO2)/Glass550nm,1層減反膜導(dǎo)納圖,1層減反膜反射率曲線,虛線是玻璃的反射率 實(shí)線是單層減反膜反射率曲線,2層減反

15、膜設(shè)計(jì),Air/L(SiO2)M(Y2O3)/Glass550nm,2層減反膜導(dǎo)納圖,2層減反膜反射曲線圖,蘭色：玻璃的反射率曲線 紅色：1層減反膜的反射率曲線 黑色： 2層減反膜的反射率曲線,2層減反膜設(shè)計(jì)（非規(guī)整）,Air/1.32L(SiO2)0.26H(TiO2)/Glass550nm,2層減反膜設(shè)計(jì)（非規(guī)整）,Air/1.32L(SiO2)0.26H(TiO2)/Glass550nm,2層減反膜導(dǎo)納圖（非規(guī)整）,Air/1.32L(SiO2)0.26H(TiO2)/Glass550nm,2層減反膜反射率曲線圖（非規(guī)整）,Air/1.32L(SiO2)0.26H(TiO2)/Glass

16、550nm,寬帶減反膜,400700nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)減反射 初始膜系為Air/L(SiO2)2H(TiO2）0.32L(SiO2)0.26H(TiO2)/Glass550nm,寬帶減反膜,寬帶減反膜,導(dǎo)納圖,優(yōu)化與綜合,優(yōu)化方式有： 目標(biāo)設(shè)定 單純形法 最佳尋優(yōu)法 模擬退火法 共軛剃度法 牛頓疊代法 針?lè)?目標(biāo)參數(shù),目標(biāo)參數(shù)設(shè)定,選用單純形法優(yōu)化厚度,優(yōu)化前后的反射率曲線對(duì)比,黑色：優(yōu)化前的反射率曲線 紅色：優(yōu)化后的反射率曲線,長(zhǎng)波通濾光片,簡(jiǎn)單的要求： 50%透過(guò)率點(diǎn)的波長(zhǎng)是600nm 大于850nm具有高的透過(guò)率和低的波紋 沒(méi)有短波邊帶 材料用TiO2和SiO2,長(zhǎng)波通濾光片,1. 打開新的設(shè)計(jì)文檔 2. 在編輯欄中選用公式編輯來(lái)創(chuàng)建長(zhǎng)波通的結(jié)構(gòu)（0.5HL0.5H）16,長(zhǎng)波通濾光片,改變?cè)O(shè)計(jì)波長(zhǎng)為550nm,長(zhǎng)波通濾光片,X軸的波長(zhǎng)范圍為400nm1000nm Y軸顯示透過(guò)率,長(zhǎng)波通濾光片,在曲線圖上按住ALT+鼠標(biāo)左鍵出現(xiàn)十字線，移動(dòng)鼠標(biāo)就可以顯示曲線上十字對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)值,長(zhǎng)波通濾光片,長(zhǎng)波通濾光片,長(zhǎng)波通濾光片,點(diǎn)擊Lock All，鎖定所有的膜層,長(zhǎng)波通濾光片,解除連接空氣的6層及連接基底介質(zhì)的6層的鎖定,長(zhǎng)波通濾光片,選擇