实验一：AUTOFILM光学薄膜设计软件的功能模块和使用
一、实验目的
1.熟悉并掌握AUTOFILM光学薄膜设计软件的组成模块和基本功能； 2.会使用AUTOFILM光学薄膜设计软件进行简单的薄膜特性计算。 二、实验预习及设计要求
预习单层光学薄膜光学特性的计算及相关理论 三、所用软件
AUTOFILM光学薄膜设计软件 四、实验内容及要求
1. 掌握AUTOFILM光学薄膜设计软件的五大模块的功能，特别是输入、优化和显示三大模块的基本功能及简单的特性特性设定；
1.1文件模块中共有五个菜单项：
(1)新建：删除所有现存数据，包括结构，特性等； (2)打开：打开已有的数据文件，文件扩展名为*.afd； (3)保存：保存已有的数据； (4)另存：用新的名字保存文件； (5)打印：打印光谱特性及膜系结构。 1.2输入模块有八个菜单项：
（1）设置：在此对话框中输入与计算有关的各项数据，包括设计波长，设计角度，计算范围等；
（2）优化设置：确定优化时的折射率和光学厚度范围；
（3）特性：输入要求达到的光谱特性，可以用各种形式，如固定波长按角度变化，固定角度按波长变化，且可优化R，T，等各种值；
（4）结构：可以用两种方法输入结构，表格形式或1/4波长形式；
（5）评价函数类型：本程序有两种评价函数形式供选择，一种是平方和平均形式，评价函数为M=（((QTi－Qi)/Qi)2）1/2，其中i=1ton,QTi是要求的特性Qi是当前的特性，Qi是特性偏差。本程序中Qi定为0.01。另一种为最大值形式，评价函数为M=max( (QTi－Qi)/Qi).
（6）优化参数：在此决定需要优化的各层参数，T代表优化厚度，N代表优化折射率，A代表两者同时优化，F代表不优化。
（7）更新结构：在此对话框中输入一个参数，以便于将现在的优化所得结构乘上此系数，作为新的初始结构。如果此参数输入为负数，则将膜系结构整体翻转，例如S/HL/A，参数为-1，则结果变化为S/LH/A。
（8）修改材料库：修改材料库中的数据值。 1.3优化模块包括：
（1）Powell方法：用Powell共轭梯度法进行优化； （2）单纯形法：用单纯形法进行优化；
（3）统计试验法：用统计试验的方法找最优值；
（4）Needle方法：用Needle方法找最优值； （5）遗传方法：用遗传算法方法找最优值； 注意：只有在输入了结构和特性之后，才能用。 1.4显示模块包括：
（1）数值计算结果：可以按照波长或角度循环来计算光谱特性； （2）曲线：用图形来表现光谱特性；
（3）当前数值：显示当前的结构，光谱特性和评价函数的值； （4）导纳图：画出当前结构的导纳图，但是层数不能太多； 注意：只有在输入了结构之后，才能用这些菜单。 1.5帮助模块包括：
（1）目录：打开帮助窗口，启动帮助。 （2）关于：显示版权信息。
2. 利用该软件进行单层薄膜光学特性的计算；
（1）计算K9玻璃（n=1.52）基底上单层氟化镁（MgF2，n=1.38）光学厚度为130nm时，光线垂直入射下400-700nm范围内的反射率光谱曲线；
（2）计算K9玻璃（n=1.52）基底上单层氟化镁（MgF2，n=1.38）光学厚度为130nm时，分别计算入射角为0、30、45、和60度时520nm波长处的反射率值，并画反射率随入射角变化的光谱曲线。
在入射角为0度时520nm波长处的反射率值为1.2601.光谱曲线如下图所示：
在入射角为30度时520nm波长处的反射率值为1.3827.光谱曲线如下图所示：
在入射角为45度时520nm波长处的反射率值为2.0702.光谱曲线如下图所示：
在入射角为60度时520nm波长处的反射率值为5.3434.光谱曲线如下图所示：
（3）计算K9玻璃（n=1.52）基底上单层氟化镁（MgF2，n=1.38）光学厚度为260nm时，在波长分别为260nm、520nm和1040nm处的反射率，并给出相应的曲线图。 在波长分别为260nm、520nm和1040nm处的反射率的反射率值分别为4.2580、4.2580、1.2601.光谱曲线如下图所示：
实验二：TFC光学薄膜设计软件的功能模块和使用
一、实验目的
1.熟悉并掌握TFC光学薄膜设计软件的组成模块和基本功能； 2.会使用TFC光学薄膜设计软件进行简单的光学膜系设计。 二、实验预习及设计要求
预习减反射和高反射光学薄膜设计的相关理论 三、所用软件
TFC光学薄膜设计软件 四、实验内容及要求
1. 掌握TFC光学薄膜设计软件的七大模块的功能；
1.1文件模块中共有九个菜单项：
(1)创建新膜系：开始创建一个新的膜系；
(2)打开文件：读取磁盘中已经存在的膜系文件，程序会显示每一个膜系文件的名字并要求你选择一个打开。全部膜系文件都是以TFD作为后缀名。
(3)重新打开膜系：用来打开一个原来打开过的膜系，TFCalc保存最近20个用户打开的膜系，当用户选定此命令时，膜系会显示在一个窗口中。
(4)结束膜系：选此命令将告知计算机你已经结束了当前的膜系设计，如果你没有保存当前的膜系，它会询问你是否想结束膜系。
(5)保存：此命令用来保存你设计的膜系
(6)返回原始膜系：用来返回当前膜系的原始状态 (7)打印膜系：打印当前膜系
(8)退出:如果当前膜系没有保存，TFCalc会询问你是否保存。
(9)关于：给出一些TFCalc的信息，包括你所购买的程序的序列号。 1.2编辑模块有五个菜单项：
撤销、剪切、复制、粘贴、清除 1.3选项模块包括：
（1）增加：在激活窗口中增加输入的数量。 （2）删除：在激活窗口中减少输入的数量。
（3）打印：打印激活窗口的内容。
（4）复制和添加：此命令让你可以将已有的膜系信息复制到当前膜系中 1.4修改模块包括：
（1）环境参量：当打开一个新的或从磁盘读出一个文件时，此窗口会弹出。这些信息叫做膜系设计环境。
（2）膜堆：此项使你可以用公式输入一个膜堆。
（3）前\\后表面膜层：显示基底前/后表面膜层，基底两侧最多可各有5000层膜。
（4）组：显示组的数据，此选项使我们可以对一组膜层用同一种方法对待。 （5）单点目标：显示优化膜系的单点目标。单点目标是在单点波长上的目标。
（6）连续目标：显示优化膜系的连续目标。连续目标是在连续波长上的目标。
（7）注释：显示膜系的注释。
（8）机动材料：显示多达150种可改变参数的膜层材料。
（9）环境参量窗口：多重参量对设计由不同条件控制膜系特性的膜系时是很重要的。
（10）材料：此选项使你可以显示和修改膜系材料。
（11）基底：此选项使你可以显示和修改任何基底的光学参数。 （12）光源：此选项使你可以显示和修改任何光源的参数。
（13）探测器：此选项使你可以显示和修改任何探测器的参数。 （14）辐射分布：此选项使你可以显示和修改任何辐射分布的参数。 1.5运行模块包括： （1）只分析：只分析命令程序计算当前膜系折射率、透过率、吸收率、PSI、密度、损耗和相移，它不改变膜层的厚度。
（2）优化设计：使程序改变膜层的厚度或者组内的参数（和机动材料的指数）来使merit function评价函数最小化。 （3）全局查找：使膜系设计者在全局范围内寻找极值而不是在一个区域内。 （4）计算电场强度：计算电场强度命令使程序在膜系内部计算其（平方）电场强度。 （5）计算灵敏度：命令程序确定膜系设计时的灵敏度来控制微小的生产误差。
1.6结果模块包括：
（1）显示数据表格：显示反射率、透过率、吸收率、PSI、密度或损失或反射或投射中的相移。
（2）显示图表：显示折射率、透过率、吸收率、PSI、密度或损失或反射或投射中的相移。
（3）查看电场强度图表：显示电场强度计算结果。
（4）查看比色图表：显示由膜层反射或投射的色彩坐标。 （5）查看监控图表：显示的是由Compute Monitor Curve命令产生的监控曲线。 图表将反射率、透过率、Δ值和PSI作为一层或多层膜层显示。 （6）保存结果：保存最近一次膜系分析的结果。
（7）保存为光源：使你可以将具有一定反射率或透过率 的膜系存储为光源。 1.7杂项模块
2.利用该软件进行三层宽带减反射薄膜的膜系；基本要求：
1）基底为K9玻璃（n=1.52）； 2）膜料可以任选2-3种，（已知,Al2O3:n=1.56; MgF2: n=1.38; ZrO2, n=1.90;
TiO2: n=2.25; SiO2: n=1.45)；
3）要求该膜系在400-700波段范围内的Tave≥99.0%；Tmax≤99.8% （不考虑基底背面的影响）。
选择以下三种膜料：M为Al2O3:n=1.56；L为MgF2；n=1.38；H为ZrO2,n=1.90； 膜系结构如图所示：
光谱曲线如图所示：
1.利用该软件设计一个高反射薄膜，要求是：
1）基底为K9玻璃（n=1.52）； 2）中心波长633nm； 3) 膜料可以任选2种，（已知,ZnS : n=2.4 ; MgF2: n=1.38;
TiO2: n=2.25; SiO2: n=1.45)；
4）要求中心波长处的反射率大于99.0%；
5）比较膜系S/(LH) 8/A 与S/(0.5LH0.5L) 8/A 有哪些异同? 选择以下两种膜料：L为MgF2: n=1.38; H为TiO2: n=2.25 S/(LH) 8/A膜系结构如图所示：
S/(LH) 8/A光谱曲线如图所示：
S/(0.5LH0.5L) 8/A膜系结构如图所示：
S/(0.5LH0.5L) 8/A光谱曲线如图所示：
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