材料编辑器

材料编辑器是你管理 TFStudio 所知的每一个折射率来源的地方。每种材料提供折射率 n(λ) 与消光系数 k(λ)；吸收材料具有 k > 0。应用中每个要求你选择材料的下拉框都从这里读取。

材料按来源分组到各个目录中：

目录	来源	可编辑性
内置（Built-in）	一组精选的 18 种常见光学材料。	只读
AGF	放置在你的 TFStudio 数据文件夹的 `Materials` 子目录中的 Zemax `.agf` 文件。	通过文件
用户（User）	你在 TFStudio 内部创建的材料与目录。	是
RefractiveIndex	你从 refractiveindex.info 数据库导入的材料。	是
此设计（This design）	当前设计所用的材料。随设计文件而来、且本机没有任何目录保存的材料只列在这里。	只读；复制到我的目录…

左侧面板包含目录选择器、搜索框与材料列表；右侧面板分两页显示所选材料：n 与 k 和力学。内置与 AGF 材料显示只读详情（属性、色散公式、列表数据，以及 n/k 图表）；用户与导入材料在可编辑表单中打开。名称、ID、颜色与波长范围位于两页之上，因为无论打开哪一页，它们标识的都是同一种材料。

设计中的材料

设计按目录和 ID 引用每种材料，设计文件中还保存了它所用的每种非内置材料的副本。你创建的目录会得到自己独有的 ID，因此另一台电脑上同名的目录是另一个目录。只要本机有目录以相同的目录和 ID 保存着该材料，设计就按它计算：在这里所做的修改会改变所有使用该材料的设计，设计中的副本会在保存设计时更新。只有在没有任何目录保存该材料时才使用副本：来自另一台电脑的设计，该材料或其目录已被删除之后，或者本机某个目录在同一 ID 下保存的是另一种材料。这样的材料列在此设计下，只读。**复制到我的目录…**会以新的 ID 将它创建为可编辑的材料；在你为设计的膜层选择这个新材料之前，设计仍使用它自带的副本。如果本机某个目录在同一 ID 下保存的是另一种材料，该目录的这种材料不会提供给设计的膜层，因为使用该 ID 的膜层会按设计的副本计算；要使用它，请将它复制到你的目录并选择复制出的材料。已删除材料的 ID 不会在其目录中分配给新材料，因此保留了已删除材料的设计会继续按它计算。

设置

目录选择器：选择单个目录或全部目录。选择器显示每个目录的材料数量。旁边的 ⋯ 按钮打开所选目录的操作，列在该目录的名称之下：重命名、复制和删除，然后是新建空目录和从 Zemax AGF 新建目录。

搜索：按名称过滤列表（不区分大小写）。过滤器遵循你所选择的目录。

添加：材料列表上方的按钮包含加入材料的所有方式：空白材料、从 refractiveindex.info 添加和从 TFCalc、Macleod 或 OptiLayer 文件导入。无论选择哪个目录它都在，每一项都会添加到你自己的某个目录中。

从 Zemax AGF 新建目录（在 ⋯ 中）：将一个 Zemax .agf 玻璃文件作为新目录加载。AGF 文件存储内部透射率随波长的变化；TFStudio 会自动将其转换为 k(λ)。你放置在 TFStudio 数据文件夹的 Materials\agf 子目录中的 AGF 文件在应用启动时也会自动被拾取，应用运行时也可以用全部刷新（标题栏左侧的环形箭头按钮）拾取。色散公式编号不在 TFStudio 可计算范围内的玻璃不会进入目录，导入消息会列出它的名称。以这种方式拾取的文件没有可以显示消息的窗口，因此要查看哪些玻璃被略去，请用从 Zemax AGF 新建目录导入该文件。

从 TFCalc、Macleod 或 OptiLayer 文件导入（在添加中）：加载其他镀膜软件写出的材料文件，可一次选择多种来源的文件：

程序	文件
TFCalc	`MATERIAL` 与 `SUBSTRAT` 文件夹中的 `.mat`
Essential Macleod	材料数据库文件夹中的 `.tfx`，或通过 File → Export → Material 导出的 `.mtx`
OptiLayer	`.lm` 与 `.sub`

导入对话框列出读取到的每种材料及其来源程序与数据类型（带点数的表格，或以原程序名称给出的公式），并预览当前选中的材料：公式与系数或表格数据行，以及 n/k 图表。取消勾选不需要的材料，选择要添加到的目录，或创建一个新目录。

TFCalc 与 Essential Macleod 的文件不记录波长单位。对话框默认按纳米处理；当 .tfx 文件位于其数据库文件夹中时，会读取该 Essential Macleod 数据库自身的单位设置；如果预览中的曲线位置不对，可切换为微米。

公式材料在 TFStudio 具有相同形式时保留公式。TFStudio 没有的 TFCalc 形式（Hartmann、Drude 以及所有 k 公式）会在文件声明的范围内采样为表格。Essential Macleod 的内部透过率表在这里没有对应项，因此不导入；k 列按原样导入。Essential Macleod 材料库中的压缩文件无法读取：请先在 Essential Macleod 中打开该材料并保存到你的数据库中。

k 小于零的表格点按原样导入，并在对话框中标出，预览里给出个数。Essential Macleod 自带的材料里有几个这样的点，refractiveindex.info 的一些表格也有；它们是生成表格的拟合留下的残余。负的消光系数意味着增益，因此所有计算在这类点处都按 k = 0 处理，材料编辑器的 n,k 网格也会标出该行。

从 refractiveindex.info 添加（在添加中）：打开 refractiveindex.info 浏览器，从在线数据库中选择（首次获取材料时需要互联网连接）。该材料被添加到你选择的用户目录中，之后即存在于本地。以表格给出的页面会带着全部数据行导入。以色散公式给出的页面以该公式导入，带有页面给出的系数和波长范围，并附上页面的 k 表格；在该范围之外，它按公式本身给出的值计算，与任何公式材料一样。浏览器可将页面显示为曲线或表格（公式页面按每个波长比前一个长 1% 取样），可读出你输入的波长处的 n 和 k，并写出公式页面所用的公式及其系数。若公式页面在其标明的范围之内某处给不出实数 n，浏览器会指出位置。

新建空目录（在 ⋯ 中）：创建一个空的用户目录来组织你自己的材料。

复制：将所选目录（来自任何来源）复制到一个新的、可编辑的用户目录中。复制到我的目录将单个材料复制到一个用户目录中，这是制作只读材料的可编辑变体的方式。

创建材料

选择添加 → 空白材料，然后在表单顶部输入名称。所选目录是你自己的目录时，材料放入该目录；否则放入你的某个目录：只有一个时放入那一个，有多个时放入你选择的那个，一个都没有时放入新建的我的目录。名称下方的 ID 在材料首次保存时由名称生成，此后保持不变，因为设计通过 ID 引用材料。n 与 k 页存放光学数据；在那里选择一种数据类型：

列表（Tabular）：粘贴或输入一个 λ, n, k 表格。你可以直接从电子表格粘贴（Ctrl+V），网格支持键盘导航、排序与逐单元格编辑。较长的表格在自己的框内滚动，因此图表与拟合只需在页面上向下滚动一小段即可看到；拖动框下方的横条可调整框的高度。
公式（Formula）：选择一种色散公式，输入其系数，并可选择添加一个 λ, k 表格以表示吸收。列表按来源分组：Zemax 公式（Schott、Sellmeier、Herzberger、Conrady 及其他标准形式）、通用级数与 OptiLayer 形式，以及 refractiveindex.info 数据库的九个公式，每组使用其来源自己的编号。公式会被完整渲染，以便你确认其约定。Cauchy 与通用 Sellmeier 形式，以及 refractiveindex.info 公式中的级数形式，可添加任意多项；保存材料时，保持为零的项会被丢弃。每个公式都按其写法计算，n 没有下限：若公式在极点处或 n² 变为负值处给不出正的实数 n，材料在那里没有折射率，使用它的设计在这些波长处没有结果。若某层材料在监控波长或参考波长处没有折射率，需要该值的窗口会报告这一点。

一个实时的 n/k 图表会随你的编辑更新，你设置的波长范围界定了材料有效的边界，也是图表显示的范围。图表下方可输入一个波长以读取该处的 n 与 k，并有一张采样表列出曲线的数值。只读材料的图表下方也有同样的查询框与表格。在公式没有有限值的波长处，预览不给出 n。

TFStudio 无法计算的材料绝不会被赋予一个替代折射率。TFStudio 没有求值方法的公式，或者没有任何一行同时包含波长和 n 的表格，都会使该材料不可用：使用它的设计会把它列在不可用的材料中，在你替换它之前计算会被阻止。保存设计时这类定义按原样保留，其中的内容不会丢失。

表格点之间

表格对点与点之间的波长不作任何说明，因此每个列表化的 n 与 k 列都带有一条在那里读取它的规则。网格下方的控件提供两种：

保形三次插值（PCHIP），新材料的默认值。曲线穿过每一个提供的点，并保持在每一对括值点的值范围之内，因此一个非负的 k 表格不会因插值过冲而获得光学增益；曲线处处有斜率，这正是相位与色散计算所需要的。
线性，点与点之间取直线。这是 Essential Macleod 与 TFCalc 评估表格的方式，从它们导入的材料保持这一规则，因此用这类材料导入的设计能复现它在原程序中给出的数值。斜率在每个点处突变；GD/GDD 窗口会在这些位置断开曲线，而不是把跳变画成连续线。

规则属于材料而非某个窗口，因此它作用于用该材料所做的每一次计算，随嵌入设计的材料一起传递，也正是两种程序在测量点之间产生分歧之处。两种规则都不会添加表格本身没有的信息：当结果取决于测量点之间 n(λ) 的曲率时，平滑色散拟合才是诚实的模型。在列表范围之外，两种规则都保持最近端点的值恒定。

平滑色散拟合

一个可编辑的列表材料可以存储一个显式的平滑拟合，用于需要高阶导数的计算。透明材料可对 n 使用 Cauchy 或一到三项的 Sellmeier 模型；当表格包含足够多的正值时，k 使用非负的 Urbach 形式，否则保持为零。金属可使用耦合的 Drude 或 Drude-Lorentz 介电模型，该模型同时拟合 n 与 k。

拟合有自己的波长范围，由拟合起与拟合止设定，与表单顶部的有效范围分开。它以膜系的计算范围为起点（前提是表格覆盖到那里），因为拟合必须在那里准确；在拟合范围之外直接读取数据表。拟合在数据表内部结束的地方，n 与 k 从拟合值跳变到数据表值，跳变量就是拟合在该处的残差。拟合面板会给出两端各自的跳变量，GD/GDD 窗口与材料色散窗口会在该处断开曲线，而不是把跳变画成连续线。在数据表第一行或最后一行结束的拟合没有跳变。该范围与拟合一起存储，下次打开该材料时会恢复。

如果范围跨越的光子能量超过一个数量级，窗口会明确指出。没有一个模型能同时描述自由电子行为、带间吸收边和透明区，因此覆盖整个范围的拟合处处都差；此时窗口会给出膜系的计算范围作为替代，并附上它能达到的残差。

选择**拟合（Fit）或重新拟合（Refit）**来计算它。TFStudio 会显示 n 与 k 的 RMS 与最大残差，以及一张残差图。在使用该模型之前请检查这些误差。对数据表做的 Cauchy 或 Urbach 拟合还会给出每个系数及其标准误差。对于金属模型，窗口还会指出停在模型自身限制上的参数，以及在该范围内对 n 的改变小于残差的振子：二者都不是对材料的测量，而仅凭残差看不出这一点。拟合不会在后台静默创建。它存储在材料上，随嵌入式用户材料一起携带，并在其源表格发生变化时自动移除。内置材料保持只读；在拟合不同表示之前，请先将其复制到一个用户目录。

力学常数

力学页存放材料在色散之外的属性。

常数	单位	含义
杨氏模量	GPa	受拉时的刚度。
泊松比		被拉长时的横向收缩。
线膨胀系数	ppm/K	每开尔文的伸长量。
dn/dT	ppm/K	折射率随温度的变化。
本征应力	MPa	该材料成膜时自带的应力，拉应力为正。
参考温度	°C	本征应力所对应的沉积温度。
表面能	J/m²	新生表面所需的能量，也就是开裂或脱膜所付出的代价。

两个温度系数都按 ppm/K 输入，与各类手册的印法一致：每开尔文 0.00000055 的线膨胀系数输入为 0.55。

每个输入框彼此独立，任何一个都可以留空，留空表示未知而不是零：某种材料如果测过应力却从未查过模量，它就只带着应力。这些常数属于材料本身，因此随它进入用户目录、进入副本，也进入嵌入了它的设计文件。从 AGF 目录导入的玻璃会带着已填好的线膨胀系数、杨氏模量与泊松比，这就是这类文件所携带的部分。

如何阅读它

对于内置或导入材料，n/k 图表显示实部折射率 n（左轴），以及（当存在时）消光系数 k（右轴，虚线）。属性面板在来源提供时列出 d 线折射率、阿贝数、密度与波长范围，并在材料基于公式时列出色散公式与系数。一个具有平坦、零 k 的材料在所绘范围内是非吸收的。它的力学页只列出该目录给出的常数，一个也不多；什么都没有给出的材料会直接说明。

目录被保存到你的 TFStudio 数据文件夹的 Materials 子目录中，并在各会话之间持久存在，因此一个导入或手工构建的材料在你下次打开应用时仍然可用。应用打开期间复制到其中相应类别子目录（user、agf 或 refractiveindex）的目录文件，在点击标题栏中的全部刷新后显示；该按钮也会重新读取项目文件夹，以显示在 TFStudio 之外添加、更改或删除的设计文件。打开的窗口保持打开，并根据重新读取的内容重新计算，包括已显示的蒙特卡罗运行、系统偏差结果、三维曲面或导出文本；优化、合成和 n,k 拟合运行不会重复。未保存的编辑保持不变，除非其文件此后又被保存过；此时会加载该文件，按 Ctrl+Z 可找回这些编辑。

参考文献

M. N. Polyanskiy, refractiveindex.info（公共领域色散数据）。
F. N. Fritsch and J. Butland, “A Method for Constructing Local Monotone Piecewise Cubic Interpolants,” SIAM Journal on Scientific and Statistical Computing 5, 300-304 (1984)。
A. D. Rakić et al., “Optical properties of metallic films for vertical-cavity optoelectronic devices,” Applied Optics 37, 5271-5283 (1998), doi:10.1364/AO.37.005271。
由内部透射率得到消光系数的 Beer–Lambert 关系：k(λ) = −λ / (4π d) · ln τ_int(λ)。