设计编辑器
设计编辑器是你构建镀膜(coating)的窗口。你可以在这里添加并排列各层、选择每层的材料与厚度、设置基底(substrate)与周围介质(media),并选择你正在设计的表面。其他所有窗口(光学评估、导纳图、精炼、公差工具)都读取这同一个共享设计,因此你在此处的任何改动都会立即反映到所有窗口。
一个设计包含两层镀膜:入射侧的正面(front)镀膜与出射侧的背面(back)镀膜。顶部的正面与背面标签页用于切换你正在编辑的镀膜。在这两个标签页中,紧贴基底的层都列在最前面,因此两层镀膜的阅读顺序保持一致。
参考波长 λ₀:驱动 QW 与 FW 厚度列的波长。可见光镀膜的典型取值为 550 nm。当你改变 λ₀ 时,各层保持其四分之一波计数不变:四分之一波层仍保持四分之一波,只有其物理厚度被重新缩放。
基底:基底材料及其物理厚度(单位毫米)。当你评估整个元件(两面)时,基底被视为光学厚层,因此其内部反射以强度而非振幅的方式叠加。
入射 / 出射介质:元件两侧的介质,通常两侧均为空气。对于浸没或胶合设计,可选择任意目录材料。
表面与忽略另一侧:决定优化器移动哪层镀膜、以及每个窗口评估什么的控制项。完整行为见表面与评估模式。
在照明锥内平均:可选的会聚或发散光束平均,默认关闭。开启时,每个反射率、透射率与吸收率结果都会在入射角锥内取平均,而非单条准直光线;实时读数会显示你输入的半角所对应的数值孔径、f 数与全孔径。你可以选择锥内的强度分布(均匀、朗伯,或自行输入的表格)以及角度采样点数。由于平均只在一处进行,在开启期间,每个操作数以及每个评估设计的窗口都会自动进行锥平均。当锥处于激活状态时,s 与 p 偏振仍会被计算,但仅为形式上的:锥仅在平均偏振下才具有物理严格性,因为每条光线都有各自的入射面。
每一行代表一层:其材料、四个厚度列、一个锁定开关,以及移动、复制或删除该层的按钮。四个厚度列以不同单位显示同一个物理层,且四个列均可编辑:编辑其中任意一个,其余三个会随之更新。物理厚度(nm)是存储值。
| 列 | 单位 | 定义 |
|---|---|---|
| nm | 物理厚度 | d |
| OT | 光学厚度 | n(λ₀) · d |
| QW | λ₀ 处的四分之一波 | 4 · n(λ₀) · d / λ₀ |
| FW | λ₀ 处的整波 | n(λ₀) · d / λ₀ |
锁定开关会冻结某层的厚度:被锁定的层会被排除在优化与综合之外,这对于保护附着层或邻近基底的层很有用。表格上方的工具栏可添加和移除层、反转层顺序、一次性锁定或解锁整个面,并将当前面的堆栈复制到另一面。你也可以用键盘插入、删除和复制行。
在表格下方,一幅横截面示意图显示了入射介质、正面镀膜、基底、背面镀膜与出射介质,并按材料着色。其下方有一份摘要,报告每一面的层数与总物理厚度。基底、介质与参考波长设置折叠进此面板,以便层列表保留其垂直空间。
横截面是验证你所构建的堆栈是否正是你想要的堆栈的最快方法:层数正确、顺序正确、基底居中、介质在两端。每面的合计数值告诉你沉积该镀膜需要多少材料。顶部的**优化(Optimize)与评估(Eval)**徽标显示优化器正在移动哪一面、以及正在对哪个表面计分,因此你始终清楚分析窗口中的数字指的是什么。
镀膜层是相干的,因此传输矩阵法(transfer-matrix method, TMM)将其振幅叠加。当你评估整个元件时,基底被视为非相干的:它是光学厚层,因此内部干涉被平均掉,正面、基底与背面的贡献以强度方式叠加。在单面评估中,基底只是一个半无限出射介质。
- H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 5th ed., Ch. 2(传输矩阵), §2.6.4(双面组合)。
- H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 5th ed., §3.1(光学厚度单位), §16(斜入射下的锥响应)。