膜层设计 | SYNOPSYS 光学设计软件第89课

dannie

一.概述

镜头设计当中，有时我们需要对特定波长进行反射或透射，这种时候往往需要通过膜层来实现。SYNOPSYS中内含一个用于设计和分析多层涂层的薄膜程序。可以通过在命令行窗口输入FILM访问该功能。

膜层设计有common、analysis及design三种模式。Common是默认模式，用来存取膜层文件。如果您想将设计的堆栈应用于镜头表面，堆栈文件名必须采用' CUSTOMXX '的格式，其中XX为01-10。

Analysis可以绘制膜层传输、反射波长图例，针对特定角度评估波长，或是针对特定波长评估角度。能够反映膜层的性能。

Design用以设计膜层，膜层构建采用堆栈方式，您往往从基板开始往上设计。需要注意膜层最多可以设计50层。SYNOPSYS中拥有已经设计好的涂层材料列表，您可以通过数据表中>膜层进行设计，膜层信息可以在帮助手册中找到。在RFILM文件中，您需要对膜层的入射介质和基板进行指定。第一个TH-INDEX条目表示入射介质，最后一个TH-INDEX条目表示基板。

如下为一个四分之一波的涂层，其定义在BK7的表面。

宏文件

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接下来我们将进一步展示SYNOPSYS的膜层设计（design）功能。设计一个30层的定制膜层，当滤光片以45°角放置时，可以反射红光，透射蓝光。

宏文件

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该宏文件定义了在45°角时，0.4-0.6um波段的反射率为0，而0.62-0.8波段的平均反射率为1。FIX指令使程序将设计与常用材料的数据库相匹配，它也用输出显示该数据库。

其输出反射图例如下所示：

可以见到膜层设计符合我们的设计要求。

在Command Window中向上滚动滑条，可以看到如下内容：

其输出满足如下关系式：

其中：n表示折射率，dp表示物理厚度，λ0表示波长，do表示光学厚度。

我们再尝试将膜层镀膜到镜片上。打开镜头文件与宏文件。

宏文件和镜头文件

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我们设计了四层的薄膜，基底指数为1.671，并令0.45-0.7的透射率在1左右。

可以看出再大部分可视范围内传输率都在0.98以上。

但是这个结果是基于从synopsys数据库中获取的折射率——这适用于块体材料。当沉积成薄膜时，折射率通常是不同的，这里我们要考虑这个差异。为此，我们创建了一个自定义材料库并定义了相应的插值系数，实践中，这些系数可以通过镀膜供应商获得。

宏文件

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现在，我们利用刚刚定义的材料创建一个新的膜层

宏文件

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并将其应用再镜头上。

宏文件

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在命令行窗口中输入XCOLOR来查看结果。

可以看到透射颜色为白光，在可视范围内有着良好的透射。