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光学评估

光学评估(Optical Evaluation)绘制你的镀膜在波长范围内如何透射、反射与吸收光。对你设定的网格上每个波长,它对活动设计运行完整的薄膜计算,并绘制透射率 T(λ)、反射率 R(λ) 与吸收率 A(λ) = 1 − T − R。这是每次设计更改后用来确认光谱仍如你所期的工具。三条曲线默认以百分比显示,也可改用分数或分贝读取;透射率还可用光密度读取。

每个量都可用于 s(TE)与 p(TM)偏振及其平均。吸收率仅当某层或基底具有非零消光系数 k 时才有意义;对于透明电介质它保持为零且 T + R = 100%

波长范围与步长:图的跨度与采样分辨率,单位为纳米。默认 400–800 nm。在带通陷波等窄特征附近使用 0.5 nm 或更细的步长,因为粗网格可能跳过深谷。

轴单位(Axis units):将横轴重新标记为 nm、µm、cm⁻¹(波数)、THz 或 eV。这仅是显示选择:底层采样始终以纳米为单位,因此切换单位从不改变计算的曲线。波数与能量轴方向与波长相反。

AOI:相对法线的入射角,单位为度。你可一次列出多个角度;每个角度作为自己的一组曲线绘制,后面的角度略透明以便作为族阅读。点击现有角度可就地编辑,或键入新值以添加一个。

曲线(Curves):切换绘制哪些量与偏振:平均的 T、R 与 A,以及单独的 s 与 p 曲线。

Y 轴:保持默认固定的 0–100% 范围、切换到自动适配,或输入明确的最小与最大值以放大浅带。

Y 轴单位:曲线可按百分比、入射光通量的分数(0–1)、分贝或光密度读取。后两者以对数方式绘制纵轴,这正是阻带指标所需要的:0.1% 的阻带在百分比轴上是贴着底边的一条平线,在 dB 轴上则清楚地低于通带 30 dB。换算关系为 T(dB) = 10·log₁₀ TOD = −log₁₀ T,因此全透射在两者中都是 0,10 dB 的损耗即一个光密度单位。

**分贝适用于三条曲线。**分贝是单位而不是物理量:功率比的对数的十倍。T、R 与 A 各自都是入射光通量的分数,因此各自都有分贝读数,三者在轴上含义相同,可以共用一根轴。吸收从中获益最多:10 ppm 的损耗在百分比轴上看不见,在这里则是清楚的 −50 dB。

**光密度仅适用于透射率。**光密度不是单位,而是一个独立的物理量,D = −log₁₀ T,由入射光束与透过的光束定义,这个名称已有确定含义。不存在可引用的反射率密度,而吸收率的密度读起来是反的:0.001% 的吸收率会显示为密度 5,听起来像是很强的阻挡,实际上几乎没有损耗。因此选择 OD 时只绘制 T 曲线,并停用 R 与 A 开关以及目标编辑器中的 R、A 族,直到你选择另一个单位;表格与 CSV 随之变化。导出的 CSV 在列名中带有单位(T_dBT_OD),这样以后打开的文件不会被当作百分比。

与横轴单位一样,这仅是显示选择:计算的曲线与评价目标保持原有数值。轴根据眼前的跨度选取网格线,因此阻带滤光片按每一个密度单位或 10 dB 划分,而增透膜按百分之几划分,而不是两者都被迫按数量级划分。从 0% 开始的范围,其下边由曲线本身决定,因为对数轴上没有零的位置,而上边保留字段中的值。字段与轴都止于 OD 12:厚金属层的透射远低于此,若跟随它向下,反射率会被挤到图顶部的一条窄带里。

曲线在到达零处断开,且在 dB 轴上透明膜系的吸收率会完全消失:A1 − R − T 计算,因此膜系中没有吸收材料时剩下的只是这一减法的末位数字,而不是可测量的损耗。这些点不予绘制,而不是画在 −150 dB 附近把轴拉低、将真实曲线挤到图的顶部。写为零的目标,例如 R = 0 的增透目标,在该轴上同样没有位置:它在那里不被绘制,也无法拾取或删除,直到你回到百分比。

自动 / 计算(Auto / Calculate):开启自动时,图在设计或设置更改时重新计算。关闭它并在编辑时使用计算按钮,可保持一个结果。

评估面(仅前、仅后或两侧一起)在设计编辑器中设置,并显示为窗口上的徽标。**前(Front)**评估基底上的前镀膜,**后(Back)**评估后镀膜,**整体(Total)**通过基底组合两侧。最后一种是分光光度计对双面镀膜零件的测量结果。当锥角平均激活时,出现第二个徽标,曲线在锥角上平均。

如果活动设计带有评价函数(merit-function)目标,它们会绘制在光谱之上,以便你看到设计正被优化朝向什么。点目标显示为粗体 X 标记;带与斜坡目标显示为带淡色区域的虚线目标线。目标按量(R 红、T 蓝、A 绿)与按偏振通过线型颜色编码。关闭**目标(Targets)**按钮可在比较设计时不被标记挤占图表。

**编辑(Edit)**按钮允许你直接在图上构建与调整目标,而非键入到评价函数编辑器

  • 绘制(Draw):拖动一条线以添加目标。选择量(R/T/A)与偏振,以及该线是带平均还是连续的逐波长斜坡。平线成为带平均;斜线成为斜坡。
  • 删除(Delete):切换到删除工具并点击目标线或标记以移除它。
  • 吸附(Snapping):端点吸附到网格(nm 与纵轴单位)与现有目标端点,因此近平线会落到干净的水平,如 50% 带。在 dB 或光密度轴上,水平网格采用该单位,默认半个数量级,因此阻带水平会落在 −40 dB 或 OD 4 上,而不是某个百分比。

每次编辑直接写入设计的目标,因此评价函数编辑器保持同步,且每次更改是单步撤销。

曲线一眼回答关于镀膜的基本问题:增透设计将 R 拉向其带内零,反射镜将 R 拉向 100%,滤光片显示通带与阻带区域之间的尖锐过渡。T + R 与 100% 之间的间隙是吸收,因此当你期望透明镀膜时,检查没有层误用金属。

可折叠数据表列出屏幕上曲线的 λ, T, R, A复制 CSV(Copy CSV) / 保存 CSV(Save CSV) 精确导出这些曲线在所选角度与波长网格下的值。通过实测光谱导入的曲线显示为带空心圆标记的虚线,因此你可把测量叠加在预测之上。

  • H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 5th ed., §2.4(式 2.111、2.113)、§2.6.4(非相干基底)、§8.2.1(式 8.6,以分贝表示的透射率)、第 5 章(中性密度滤光片的光密度)。