使用TFCalc编辑膜系的方法

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TFCalc

3．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：

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)^s H，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，，7×1580nm比较接近10600nm。如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=

N *4

1

λ，式中，n 是膜层的折射率，d 是膜层的物理厚度，λ是参考波长，N 是QWOT 。例如我们来计算第一层：d=

n

*4N

*λ=

028

.42*47

*1580=1150.74nm ，与实际结果有偏差，可能是折射率数据或波长不是四分之一相关的原

因）

Constran ：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：10350.30nm

YF3膜料层厚度：15913.67nm

总厚度：26263.97nm

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A VE 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，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。