1、使用 TFCalc 编辑膜系的方法(简易操作步骤)假设我们要设计一个反射率99.9%高反膜系(波长 10600nm):条件:(1)基底材料:GaAs(2)膜料:ZnSe,YF3具体步骤:1 点击 TFCalc 图标进入其操作界面:图中弹出对话框,要求输入要编辑的文件名。因为我们是要新编膜系,则点击“取消”按钮,则只显示如下界面:图中自左到右的菜单名称中文意思分别是:“文件” 、 “编辑” 、 “修改” 、 “运行” 、 “结果” 、 “杂项”和“帮助” 。点击其中的任何一项将弹出其包含的菜单内容。2点击第一项“File” ,弹出如下菜单项:左图中的中文意思自上到下分别是: 新建膜系文件 重新打
2、开膜系文件 关闭膜系文件 保存膜系文件 以其他的文件名保存膜系文件 恢复原始文件 打印膜系 打印设置 退出 TFCalc 关于 TFCalc3 点击第一项“New Coating”弹出如下“编辑环境对话框”:上图左边图中英文对应的中文意思分别是:Angle 角度 Incident Medium 入射介质Substrate 基底 Front Layer 基底前面Back Layer 基底后面 Exit Medium 出射介质在上图的右边框内分别输入:Reference Wavelength(参考波长): 1580Illuminate(光源): WHITE(白光)Incident angle(入射
3、角): 0.0Incident medium(入射介质): AIR(空气)Substrate(基底) GaAs(砷化镓)Thickness(厚度) mm 1(一般不考虑基底材料的厚度)Exit medium(出射介质) GaAs(如果是透视膜系,则出射介质一般是空气)Detector(探测器): IDEA(理想探测器)First Surface(第一面) Front注:光源、基底材料、探测器应该分别在 Illuminate、substrate、detector 库中存在。这些库可以增减。4 点击下面的“Analysis Parameters” (分析参数)按钮,弹出下面的对话框:因为本例我们考
4、虑是入射角为 0 的条件,因此选中第一项的圆形无线电按钮-Range of wavelengths(波长范围) (nm ) ,其他的均不选。点击 OK 按钮,返回上一层对话框,再点击 OK按钮,显示如下的反射率与波长的关系曲线图(该图显示的没有镀膜情况下,基底材料的反射率):图上方的英文字符列出了该图成立的环境条件。现在我们可以进入下一步具体的膜系结果设计,一般高反膜系的结构是(HL) sH,其中 s 是大于 0 的正整数。5 点击“Modify”菜单,弹出如下菜单选项:左边菜单项从上到下对应的中文意思是: 环境 膜堆公式 前面层 后面层 组 单一目标 连续目标 注释 可变材料 环境 材料 基
5、底 光源 探测器 分布6 编辑膜系,有 2 种方法可以编辑膜系,下面我们分别介绍:(1)使用膜堆公式(a)选择“Stack Fomula” ,弹出如下膜堆公式窗口:图中的英文意思如下:Enter the formula. The substrate is the left of the first layer:输入公式,基底在第一层的左边;Material(材料):后面框内输入材料名称Thickness:厚度:后面框内输入厚度值(四分之一波长数) ,该值最好为大于 0 的正整数Optimize(优化):后面的框内输入“yes”或“No ”Group(组):后面的框内输入 1下面的 3 个按钮的
6、意思是:Generate Layers:生成膜系,完成后点击该按钮将生成膜系中间是取消Clear formula:清除公式。点击该按钮将不保存已经输入的膜堆公式,否则将下次进入该对话框将出现上次输入的膜堆公式输入膜堆公式,选择 H(高折射率材料)和 L(低折射率材料 )等参数后的对话框如下:如上图所示,膜堆公式为(HL)8H,省略了 G,完整的应该是 G(HL)8H,意思是:GHLHLHLHLHLHLHLHLH厚度选择“7”是因为我们在环境对话框中将参考波长选择为 1580nm(已经调好波长值) ,最好是10600 能整除的数,此地我们设为 7, ,71580nm 比较接近 10600nm。如
7、果发现不合适可以调整该值。点击“generate layers”按钮,生成膜系(b)选择“modify”菜单中的第三项“Layer-Front ”,弹出如下窗口:图中显示的是我们刚刚生成的膜系,用鼠标点击图下方滑动框的空白处,可以看到该膜系一共 17 层。图中的英文意思是:Layer:层; Material:膜料;QWOT:四分之一波长数;Thickness(nm):厚度(该厚度为物理厚度,与 QWOT 是相关的,二者的关系:n*d= ,式中,nN*41是膜层的折射率,d 是膜层的物理厚度, 是参考波长,N 是 QWOT。例如我们来计算第一层:d= =1150.74nm,与实际结果有偏差,可能
8、是折射率数据或波长不是四分之一相关的原因)n*4N028.715Constran:强制; Needles:针优化图形最上方是二个选择菜单(Options 和 More Options) ,其功能稍后再介绍。至此我们已经完成了利用第一种方法膜系设计。(2)直接在 Layer-Front 窗口输入数据(a)选择“modify”菜单中的第三项“Layer-Front” ,弹出如下窗口:(b)点击该窗口上方的 Options(选择) ,则弹出如下菜单选项:图中菜单选项自上到下的意思是: 增加前面膜层 删除前面膜层 打印前面膜层 从拷贝前面膜层 从附加前面膜层 前面膜层顺序倒转 合并前面膜层 计算等价折
9、射率 计算等价膜堆 显示膜层总厚度 从文件.从读取膜层数据 将膜层数据保存在文件中 将膜层数据保存在剪切板 替代膜层数据(c)选择菜单选择项的第一项“Add Front Layers”弹出下面对话框:点击“OK” ,弹出 Layer-Front 窗口,在第一列中出现膜层数据,该数据是缺省数据,分别将光标移动要修改的位置,输入正确的数据。(d)重复(c)操作多次,直至膜层达到 17 层;(e)点击“show Thickness Totals”则弹出下面信息框:从左图中我们可以知道膜层的厚度情况:ZnSe 膜料层厚度:10350.30nmYF3 膜料层厚度:15913.67nm总厚度:26263.
10、97nm最薄层厚度:1150.03点击“OK”返回。最终的结果与采用膜堆公式得出的结果相同。注意:(1) 当所设计的膜层规律性比较强,并且层数较多,采用膜堆公式方法简单;当膜层较少采用直接输入方法就可以;(2) 当所设计的膜系是增透膜系时,必须修改下面的内容:进入“modify”菜单,选第一项,将环境对话框中的出射介质改为“AIR ”;第二步选择“Layer-Front”窗口上方的“Options”菜单的“Save Data in File”选择项,弹出下面的对话框:输入文件名并选择目录后点击保存按钮即可。第三步选择“modify”菜单中的第三项“Layer-Back” ,出现一个空白的基底后
11、表面窗,选择该窗口上方的“Options”菜单里的 “Read Data From File”选择项,从弹出的对话框中选择你刚才保存的文件,点击“打开”即完成操作。下面我们将要看看我们设计的高反膜系是否满足要求。7 按键盘上的“F3”或“F6”键,则显示如下图形:上图显示的是反射率与是波长的关系。图形上方的文字描述了该图是在什么环境下生成的,其中大部分的英文单词出现在环境对话框中,并已解释,在此不再解释,其中 Polarization 意思是偏振,后面出现的 AVE 表示平均偏振。如果要了解透射率、吸收率等参数与波长的关系以及提高图形的分辨率,双击该图,出现下面的对话框,修改该对话框的相关选择
12、,可以满足你的要求。图中英文的意思分别是: Display(显示) :点击右边的箭头将会出现下拉菜单,从该菜单中我们可以选择透视、吸收、PSI 等与波长的关系 Polarization(偏振):后面有 3 个选项(可以都选上)。分别是平局偏振光、 P 偏振光和 S 偏振光 X-Axis Units(X 轴单位):点击其右边的箭头将出现下拉菜单,从该菜单中我们可以改变 X 轴单位为波数等 X-Axis Range(X 轴范围):后面有 2 个圆按钮,其中 1 个是 Full Range(整个范围 ),该范围在环境对话框中已确定;另 1 个按钮如果选中,则你可以在后面的 2 个方框中输入你期望观察的波长范围 Y 轴第 1 选项 Automatic(自动) 选择范围;第 2选项是观察范围值如果我们的选择与上图所示,则反射率与波长的关系如下图所示:从上图我们可以看到在 10600nm 波长下反射率超过 99.9%,满足设计的要求。