蒙特卡洛
蒙特卡洛(Monte-Carlo)回答一个实际问题:如果你的镀膜机以现实的随机误差沉积每一层,光谱会偏移多少,结果又有多大概率仍通过你的规格(Specification)?你设定每层厚度与折射率误差的大小与形状,选择运行的试验次数,工具就会为每次试验构建一个全新、随机扰动的版本。它对每次试验评估 T、R 或 A,在全部试验上保持运行均值与标准差,并跟踪实际出现的极值。如果你的设计带有规格,每次试验都会重新对照它检查,从而得到良率(yield)数值。
分析针对在设计编辑器中设置的面模式(前、后或整体)运行,并显示为窗口上的徽标。
T / R / A:要研究的光谱特性。
λ 范围 / 步长:波长网格,单位为纳米。
AOI / pol:入射角与偏振(s、p 或平均)。
一次试验的抽样来源位于图表下方的**误差(Errors)**条中,旁边是抽样所用的试验次数。
试验次数(N trials):要模拟的随机扰动设计数量。更多试验给出更平滑的走廊与更稳定的良率估计;走廊噪声大致按 1/√N 缩小。默认 200。
分布(Distribution):每层误差的抽样方式。这控制随机抽样的形状,而非其大小:
- 高斯(Gaussian):你输入的值是一个标准差 σ。约 68% 的层落在 ±σ 内,其余超出;尾部无界,因此 σ 不是硬性最大值。
- 均匀(Uniform):你输入的值是一个硬性 ± 边界 B。误差在 [−B, +B] 上均匀分布,因此没有误差超过 B,实际 RMS 为 B/√3 ≈ 0.58·B。
- 截断(Truncated):高斯钟形被裁剪,使任何误差都不超过输入的边界 B(取为 3σ)。实际 RMS 约为 B/3。
选择均匀或截断时,误差字段会从 σ 重新标记为 ±,并自动开启最小/最大包络,因为这些分布具有真正值得查看的硬性边界。
σ 绝对 / σ 相对(nm / %):每层的厚度误差。绝对部分是一个固定的纳米量;相对部分随每层自身厚度缩放。二者相加。
σ Re(n) / σ Im(n):每层在折射率实部(n)与消光(k)上的误差。
按材料误差(Per-material errors):为每种材料抽取一个共享误差,而非为每一层抽取独立误差,建模的是材料化学漂移而非监控散布。
保持光学厚度(Keep optical thickness):将厚度误差与折射率误差关联,使 n·d 保持恒定。仅当设置了折射率误差时才有意义;若仅有厚度误差,它会抵消扰动。
k σ 走廊(k σ corridor):阴影带的宽度,以标准差计。这仅用于显示:改变 k 会立即重绘该带而无需重跑试验,且从不影响良率。
最小/最大包络(min/max envelope):叠加所有试验中出现的极端光谱。对于均匀与截断分布,这是真正的硬性边界;对于高斯分布则无固定上限,并随试验增加 widening。
图表单位为百分比。实线为理论(未扰动)光谱,虚线为所有试验的均值,阴影带为均值 ± k·σ。带宽意味着设计对制造误差敏感;带窄意味着它稳健。注意,在光谱弯曲处,均值可能略微偏离理论曲线(例如增透最小值的反射率均值向上漂移)。这是真实的物理现象,而非噪声。
如果设计带有规格,结果条显示良率(yield)(通过全部要求的试验比例)以及任何失败要求的红色标记,并附其失败率。打开**查看试验…(View trials…)**可深入查看:统计选项卡按失败率排列最差要求与最差层(那些在失败试验中厚度偏差大于通过试验的层,或当无失败时偏差最大的层)。试验选项卡列出每次试验的通过/失败标记,并显示所施加的精确每层 Δd、Δn 与 Δk。**将厚度载入设计(Load thicknesses into design)**将所选试验的扰动厚度复制到活动设计,以便直接检查;该更改可撤销。
一个快速健全性检查:将所有误差设为零,每次试验都会坍缩到理论曲线上,走廊宽度为零。
- H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 5th ed., §13.7。