膜層的案例
鉻粒的用途-過渡膜層
鉻粒是一種升華材料，在真空中蒸發時，表面非常容易氧化，如果生成氧化膜就不容易從表面進行蒸發，因此，有時也采用將鉻電鍍在盡量粗的鎢絲上，然后在真空中加熱鎢絲對鉻粒進行蒸發。
鉻粒的機械性能良好，蒸鍍在加熱基底上的鉻膜與基底結合得非常牢固。利用鉻膜的這種特性，常常將極薄的鉻膜用來做過渡層膜，如作為Al、Au的底層膜以增進這些膜對基底的附著力。
愛特斯光生產鉻粒，分子式： Cr，主要有顆粒，顏色為淺灰色，純度為99.95%；常用的規格尺寸為顆粒1-3mm，3-5mm，5-10mm。
展開 Ansys Zemax | 如何模擬部分反射和散射的表面
如果我們想定義一個40%透射60%反射的膜層，并且該系數與波長及入射角無關，我們可以使用以下語句進行定義：
IDEAL 60Reflect 0.4 0.6
這個膜層可以應用在任何使用當前膜層文件的OpticStudio設計當中，您可以在系統選項 (System Explorer) > 文件 (Files) 中查看當前系統的鍍膜文件：
COATING.DAT文件是默認的膜層文件，它是ASCII格式的文本文件，其中包括了在OpticStudio中不同類型的膜層數據。用戶可以修改該文件來添加用戶自定義膜層。如果對膜層文件進行了任何修改或額外的添加，我們建議您將文件另存為一個新的文件名。否則，在OpticStudio進行版本更新時原有的默認膜層文件會被新的默認膜層文件覆蓋。
點擊數據庫 (Libraries) > 膜層工具 (Coatings Tools) > 編輯膜層文件 (Edit Coating File) 打開鍍膜文件COATING.DAT。文件中包含多種簡單的理想膜層，但是其中并沒有符合我們在前文中假設的透射和反射比的膜層。
在本例中，我們需要在反射鏡表面上定義60%的反射。因此，表面的透過率為40%。我們需要插入一個理想的膜層來定義這個百分比：
當新的理想膜層輸入到膜層文件后，將文件以適當的名稱進行保存，例如MYCOATING.DAT。需要注意的是，文件的擴展名必須為 .DAT文件，并保存在與COATING.DAT文件相同的路徑下。
使用理想膜層
如果想要OpticStudio識別新創建的理想膜層，您必須首先在系統選項中的文件選項卡的膜層文件欄中選擇新創建的膜層文件。
我們要在矩形體的前表面使用該膜層。
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如果我們想定義一個40%透射60%反射的膜層，并且該系數與波長及入射角無關，我們可以使用以下語句進行定義：
IDEAL 60Reflect 0.4 0.6
這個膜層可以應用在任何使用當前膜層文件的 OpticStudio 設計當中，您可以在系統選項 (System Explorer) > 文件 (Files) 中查看當前系統的鍍膜文件：
COATING.DAT 文件是默認的膜層文件，它是 ASCII 格式的文本文件，其中包括了在 OpticStudio 中不同類型的膜層數據。用戶可以修改該文件來添加用戶自定義膜層。如果對膜層文件進行了任何修改或額外的添加，我們建議您將文件另存為一個新的文件名。否則，在 OpticStudio 進行版本更新時原有的默認膜層文件會被新的默認膜層文件覆蓋。
點擊數據庫 (Libraries) > 膜層工具 (Coatings Tools) > 編輯膜層文件 (Edit Coating File) 打開鍍膜文件 COATING.DAT。文件中包含多種簡單的理想膜層，但是其中并沒有符合我們在前文中假設的透射和反射比的膜層。
在本例中，我們需要在反射鏡表面上定義60%的反射。因此，表面的透過率為40%。我們需要插入一個理想的膜層來定義這個百分比：
當新的理想膜層輸入到膜層文件后，將文件以適當的名稱進行保存，例如 MYCOATING.DAT。需要注意的是，文件的擴展名必須為 .DAT文件，并保存在與 COATING.DAT 文件相同的路徑下。
使用理想膜層
如果想要 OpticStudio 識別新創建的理想膜層，您必須首先在系統選項中的文件選項卡的膜層文件欄中選擇新創建的膜層文件。
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如果我們想定義一個40%透射60%反射的膜層，并且該系數與波長及入射角無關，我們可以使用以下語句進行定義：
IDEAL 60Reflect 0.4 0.6
這個膜層可以應用在任何使用當前膜層文件的 OpticStudio 設計當中，您可以在系統選項 (System Explorer) > 文件 (Files) 中查看當前系統的鍍膜文件：
COATING.DAT 文件是默認的膜層文件，它是 ASCII 格式的文本文件，其中包括了在 OpticStudio 中不同類型的膜層數據。用戶可以修改該文件來添加用戶自定義膜層。如果對膜層文件進行了任何修改或額外的添加，我們建議您將文件另存為一個新的文件名。否則，在 OpticStudio 進行版本更新時原有的默認膜層文件會被新的默認膜層文件覆蓋。
點擊數據庫 (Libraries) > 膜層工具 (Coatings Tools) > 編輯膜層文件 (Edit Coating File) 打開鍍膜文件 COATING.DAT。文件中包含多種簡單的理想膜層，但是其中并沒有符合我們在前文中假設的透射和反射比的膜層。
在本例中，我們需要在反射鏡表面上定義60%的反射。因此，表面的透過率為40%。我們需要插入一個理想的膜層來定義這個百分比：
當新的理想膜層輸入到膜層文件后，將文件以適當的名稱進行保存，例如 MYCOATING.DAT。需要注意的是，文件的擴展名必須為 .DAT文件，并保存在與 COATING.DAT 文件相同的路徑下。
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ZEMAX | 如何在 OpticStudio 中定義金屬材料
另存為之后系統會提示在修改文件后重新加載鍍膜文件以確保數據準確：
隨后，膜層文件將以文本文件的格式在 OpticStudio 的UI界面中打開：
首先，使用關鍵詞 MATE 在材料數據部分定義材料，以下為建立新材料的示例：
使用關鍵詞 COAT 在膜層數據部分定義膜層。需要注意的是，在定義 COAT 膜層數據之前必須先定義 MATE 材料數據。
當您完成了新材料定義后，點擊保存將更改保存在 COATING_Edited.DAT 文件中。在系統選項中的文件菜單中選擇新的膜層文件并加載到系統中：
如果想在序列模式表面上使用該膜層文件，點擊透鏡編輯器中該表面的表面屬性，在膜層標簽下的膜層文件下拉菜單中選擇相應的膜層：
如果想在非序列物體上使用這種材料，點擊非序列元件編輯器中的物體屬性，在膜層/散射 (Coat/Scatter) 選項卡下選擇相應的膜層文件。該膜層可以應用在物體的不同表面上。
展開 [VirtualLab] 通過法布里珀羅標準具研究鈉原子光譜D線
通常，它們是由具有兩個高反射性（HR）膜層的平面組成，中間有空氣或玻璃。在本例中，建立了一個中間介質為石英的光學測量系統來實現在VirtualLab Fusion中測量鈉原子光譜D線。利用我們的無縫銜接的非序列單平臺互操作性，充分考慮了標準具中多次反射引起的干涉效應，并研究了添加膜層的反射率后對條紋對比度的影響。
建模任務
仿真與設置：單平臺互操作性
建模技術的單平臺互操作性
當光在系統中傳播時，它會遇到不同的組件并相互作用，在傳播的不同位置可能會有多個相互作用。以下每個元件都需要一個合適的模型來提供精度和速度之間的良好平衡：
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
連接建模技術：膜層
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
膜層/多層系統的建模技術：
由于s矩陣求解器完全在頻域上工作，因此應用該求解器不需要在空域和頻域之間轉換的額外步驟（傅里葉變換）。這允許在保持嚴格的模型的同時實現最快的模擬速度。
有高反射（HR）膜層的標準具
對于膜層的標準具表面，我們使用分層介質組件，因為它為x，y不變的層堆棧提供了一個快速和嚴格的解決方案。膜層定義為二氧化鈦和二氧化硅薄膜交替，其反射率隨著迭代次數的增加而增加。關于分層介質組件的更多信息如下：
分層介質組件
連接建模技術： 標準具
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
由于與表面的相互作用已經經過膜層求解器處理，所有標準具剩下只有一個自由空間的傳播步驟。
展開 VirtualLab：通過法布里珀羅標準具研究鈉原子光譜D線
通常，它們是由具有兩個高反射性（HR）膜層的平面組成，中間有空氣或玻璃。在本例中，建立了一個中間介質為石英的光學測量系統來實現在VirtualLab Fusion中測量鈉原子光譜D線。利用我們的無縫銜接的非序列單平臺互操作性，充分考慮了標準具中多次反射引起的干涉效應，并研究了添加膜層的反射率后對條紋對比度的影響。
建模任務
仿真與設置：單平臺互操作性
建模技術的單平臺互操作性
當光在系統中傳播時，它會遇到不同的組件并相互作用，在傳播的不同位置可能會有多個相互作用。以下每個元件都需要一個合適的模型來提供精度和速度之間的良好平衡：
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
連接建模技術：膜層
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
膜層/多層系統的建模技術：
由于s矩陣求解器完全在頻域上工作，因此應用該求解器不需要在空域和頻域之間轉換的額外步驟（傅里葉變換）。這允許在保持嚴格的模型的同時實現最快的模擬速度。
有高反射（HR）膜層的標準具
對于膜層的標準具表面，我們使用分層介質組件，因為它為x，y不變的層堆棧提供了一個快速和嚴格的解決方案。膜層定義為二氧化鈦和二氧化硅薄膜交替，其反射率隨著迭代次數的增加而增加。關于分層介質組件的更多信息如下：
分層介質組件
連接建模技術：標準具
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6.
展開 Ansys Zemax | 如何在序列模式下模擬分光棱鏡
該棱鏡由N-BK7玻璃組成，并且表面鍍有MgF2抗反射膜層。其中，中間的50/50分光膜層為理想膜層，并且與偏振、入射角和波長無關。在上圖中顯示的綠色光線為反射光線，在入射到上面的像面前首先經過下面的反射鏡反射。我們將計算兩個像面上，考慮M-BK7玻璃的體吸收、表面膜層的菲涅爾損耗以及理想的50/50分光膜層的正確透射光強。
在開始本文的案例前，您需要了解如何在OpticStudio中設置系統和表面屬性。
需要注意的是，OpticStudio可以詳細的模擬表面膜層，如金屬膜層或多層電介質膜層等。在本例中，我們將主要展示棱鏡幾何體的建立，因此只會在模型中使用簡單的膜層。
展開 VirtualLab：通過法布里珀羅標準具研究鈉原子光譜D線
通常，它們是由具有兩個高反射性（HR）膜層的平面組成，中間有空氣或玻璃。在本例中，建立了一個中間介質為石英的光學測量系統來實現在VirtualLab Fusion中測量鈉原子光譜D線。利用我們的無縫銜接的非序列單平臺互操作性，充分考慮了標準具中多次反射引起的干涉效應，并研究了添加膜層的反射率后對條紋對比度的影響。
建模任務
仿真與設置：單平臺互操作性
建模技術的單平臺互操作性
當光在系統中傳播時，它會遇到不同的組件并相互作用，在傳播的不同位置可能會有多個相互作用。以下每個元件都需要一個合適的模型來提供精度和速度之間的良好平衡：
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
連接建模技術：膜層
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
膜層/多層系統的建模技術：
由于s矩陣求解器完全在頻域上工作，因此應用該求解器不需要在空域和頻域之間轉換的額外步驟（傅里葉變換）。這允許在保持嚴格的模型的同時實現最快的模擬速度。
有高反射（HR）膜層的標準具
對于膜層的標準具表面，我們使用分層介質組件，因為它為x，y不變的層堆棧提供了一個快速和嚴格的解決方案。膜層定義為二氧化鈦和二氧化硅薄膜交替，其反射率隨著迭代次數的增加而增加。關于分層介質組件的更多信息如下：
分層介質組件
連接建模技術：標準具
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6.
展開 VirtualLab：通過法布里珀羅標準具研究鈉原子光譜D線
通常，它們是由具有兩個高反射性（HR）膜層的平面組成，中間有空氣或玻璃。在本例中，建立了一個中間介質為石英的光學測量系統來實現在VirtualLab Fusion中測量鈉原子光譜D線。利用我們的無縫銜接的非序列單平臺互操作性，充分考慮了標準具中多次反射引起的干涉效應，并研究了添加膜層的反射率后對條紋對比度的影響。
建模任務
仿真與設置：單平臺互操作性
建模技術的單平臺互操作性
當光在系統中傳播時，它會遇到不同的組件并相互作用，在傳播的不同位置可能會有多個相互作用。以下每個元件都需要一個合適的模型來提供精度和速度之間的良好平衡：
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
連接建模技術：膜層
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
膜層/多層系統的建模技術：
由于s矩陣求解器完全在頻域上工作，因此應用該求解器不需要在空域和頻域之間轉換的額外步驟（傅里葉變換）。這允許在保持嚴格的模型的同時實現最快的模擬速度。
有高反射（HR）膜層的標準具
對于膜層的標準具表面，我們使用分層介質組件，因為它為x，y不變的層堆棧提供了一個快速和嚴格的解決方案。膜層定義為二氧化鈦和二氧化硅薄膜交替，其反射率隨著迭代次數的增加而增加。關于分層介質組件的更多信息如下：
分層介質組件
連接建模技術：標準具
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6.
展開 通過法布里珀羅標準具研究鈉原子光譜D線
通常，它們是由具有兩個高反射性（HR）膜層的平面組成，中間有空氣或玻璃。在本例中，建立了一個中間介質為石英的光學測量系統來實現在VirtualLab Fusion中測量鈉原子光譜D線。利用我們的無縫銜接的非序列單平臺互操作性，充分考慮了標準具中多次反射引起的干涉效應，并研究了添加膜層的反射率后對條紋對比度的影響。
建模任務
仿真與設置：單平臺互操作性
建模技術的單平臺互操作性
當光在系統中傳播時，它會遇到不同的組件并相互作用，在傳播的不同位置可能會有多個相互作用。以下每個元件都需要一個合適的模型來提供精度和速度之間的良好平衡：
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
連接建模技術：膜層
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
膜層/多層系統的建模技術：
由于s矩陣求解器完全在頻域上工作，因此應用該求解器不需要在空域和頻域之間轉換的額外步驟（傅里葉變換）。這允許在保持嚴格的模型的同時實現最快的模擬速度。
有高反射（HR）膜層的標準具
對于膜層的標準具表面，我們使用分層介質組件，因為它為x，y不變的層堆棧提供了一個快速和嚴格的解決方案。
展開 
VirtualLab：通過法布里珀羅標準具研究鈉原子光譜D線
通常，它們是由具有兩個高反射性（HR）膜層的平面組成，中間有空氣或玻璃。在本例中，建立了一個中間介質為石英的光學測量系統來實現在VirtualLab Fusion中測量鈉原子光譜D線。利用我們的無縫銜接的非序列單平臺互操作性，充分考慮了標準具中多次反射引起的干涉效應，并研究了添加膜層的反射率后對條紋對比度的影響。
建模任務
仿真與設置：單平臺互操作性
建模技術的單平臺互操作性
當光在系統中傳播時，它會遇到不同的組件并相互作用，在傳播的不同位置可能會有多個相互作用。以下每個元件都需要一個合適的模型來提供精度和速度之間的良好平衡：
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
連接建模技術：膜層
1. 光源（鈉原子光譜D線）
2. 高反射膜層
3. 標準具
4. 自由空間傳播
5. 球面透鏡
6. 探測器
膜層/多層系統的建模技術
：
由于s矩陣求解器完全在頻域上工作，因此應用該求解器不需要在空域和頻域之間轉換的額外步驟（傅里葉變換）。這允許在保持嚴格的模型的同時實現最快的模擬速度。
有高反射（HR）膜層的標準具
對于膜層的標準具表面，我們使用分層介質組件，因為它為x，y不變的層堆棧提供了一個快速和嚴格的解決方案。膜層定義為二氧化鈦和二氧化硅薄膜交替，其反射率隨著迭代次數的增加而增加。關于分層介質組件的更多信息如下：
分層介質組件
連接建模技術：標準具
1.
展開 均勻性以及波前誤差
由于均勻性誤差引起的相位變化，使膜層缺乏均勻性變得復雜。
為了計算由于不均勻性造成的波前誤差，我們必須同時考慮膜層表面偏離理想狀態的運動以及反射或透射時相移的任何變化。避免混淆的最簡單方法是在外表面引入一層中等厚度的材料，使外表面完全均勻（圖1）。然后，我們簡單地計算出反射和透射的相移。在我們的正常約定中，負相移被轉換成波前延遲，通常被視為負。為了將相位轉換成波前誤差，我們將其除以360°。
圖1.計算非均勻前表面膜層（上）和后表面膜層（下）所需的相移。
一般來說，較薄的干涉膜層會增加反射相移。對于前表面反射鏡，添加補償入射介質材料會減少相移，與膜層變化相反。如圖2所示，從純幾何的角度來看，這種補償行為實際上減少了波前誤差。這是非常幸運的，因為干涉反射膜層很厚，很難保證大面積表面的均勻性達到百分之一左右，較厚的膜層就表現出相反的行為。
圖2.在21層四分之一堆棧中，由-1%的均勻性誤差引起的波前誤差。Theoretical Figure是純幾何誤差
不幸的是，在反射鏡中，膜層相位可能極大地過度補償幾何誤差，導致相反意義上的大尺寸誤差。這在圖3中得到說明。
圖3.由一個四分之一波長堆棧組成的擴展區域反射鏡顯示了這種設計中固有的過度補償。
展開 Ansys Zemax | 如何在序列模式下模擬分光棱鏡
該棱鏡由 N-BK7 玻璃組成，并且表面鍍有 MgF2 抗反射膜層。其中，中間的50/50分光膜層為理想膜層，并且與偏振、入射角和波長無關。在上圖中顯示的綠色光線為反射光線，在入射到上面的像面前首先經過下面的反射鏡反射。我們將計算兩個像面上，考慮M-BK7玻璃的體吸收、表面膜層的菲涅爾損耗以及理想的50/50分光膜層的正確透射光強。
在開始本文的案例前，您需要了解如何在 OpticStudio 中設置系統和表面屬性。您可以參考以下兩篇文章。
Ansys Zemax | 如何設計單透鏡 第一部分：設置
Ansys Zemax | 如何傾斜和偏心序列光學元件
需要注意的是，OpticStudio 可以詳細的模擬表面膜層，如金屬膜層或多層電介質膜層等。在本例中，我們將主要展示棱鏡幾何體的建立，因此只會在模型中使用簡單的膜層。
展開 ZEMAX軟件技術應用專題：大功率激光系統的STOP分析 - 第2部分
定義光學表面的膜層
在非序列模式下測量的吸收通量同時考慮了由膜層引起的表面吸收和鏡頭材料的體吸收。透射元件具有抗反射膜層，反射鏡具有高反射膜層。我們在本例中使用了簡單的 IDEAL 膜層，格式為 IDEAL <name> T R TIR。語法中的三個強度系數分別表示透射 T、反射 R和全內反射 TIR。吸收系數通過 A = 1.0 - R - T 自動計算，以表示能量吸收效率。如果省略了 TIR 值，則假定其值為 1.0。我們在膜層文件中添加了以下兩種 IDEAL 膜層，以備后續使用。可以通過點擊庫……膜層工具……編輯膜層文件（Libraries…Coating Tools…Edit Coating File）來完成編輯。我們將編輯好的膜層文件保存為“COATING_LASER.DAT”。
如需應用膜層，請選擇物體屬性下的膜層/散射（Coat/Scatter）選項卡。膜層將應用于物體的各個表面上。反射鏡的前面和側面采用 HR_LASER 膜層，透射元件（鏡頭和保護窗）的前面和背面采用 AR_LASER 膜層。隨后，當添加了陽極氧化鋁機械部件后，列出的 AL_LASER 膜層將應用于機械封裝元件表面。
修改透鏡材料的透射數據
在本例中，我們使用熔融石英作為鏡頭材料。它的吸收率低，熱穩定性高。OpticStudio 使用比爾定律，根據材料庫中該材料可用的內部透射數據計算吸收。默認紅外材料庫中的 F_SILICA 材料在 0.3-2.3um 的波長范圍內具有理想的透射值 1。為了準確模擬 F_SILICA 的體吸收，我們需要輸入真實的透射數據。然而，我們無法修改 OpticStudio 提供的默認材料庫中的數據。保存（SAVE）按鈕變為灰色。
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