本周為大家?guī)淼氖?

如何在 OpticStudio 中定義金屬材料

概述

這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中添加金屬材料，并將它們應用在序列模式表面或非序列物體表面上。

介紹

在 OpticStudio 中有兩種定義材料的方式：

1、使用材料庫 (Materials Catalog)

2、使用鍍膜文件 (Coating File)

材料可以在材料庫或鍍膜文件中進行定義，但對于定義金屬材料來說，最簡單的方法是用鍍膜文件進行定義。光線在金屬表面發(fā)生的交互作用絕大多數(shù)只發(fā)生在表面以下幾微米的深度內(nèi)，因此在這樣的深度下使用鍍膜來模擬一個金屬薄層是非常有效的方法。

這篇文章講述了如何在 OpticStudio 的膜層文件中定義一種新的金屬材料，以及如何將這種材料應用到任意相關物體的相關表面。

定義金屬膜層

對于像玻璃這樣的介質(zhì)材料，介質(zhì)的折射率只由實部組成，其虛部為零。然而對于金屬來說，其折射率為復數(shù)。OpticStudio 使用下式描述金屬的復折射率：

其中，n 為折射率；k 為消光系數(shù) (extinction coefficient)。在 OpticStudio 中，當消光系數(shù) k 為負數(shù)時表示吸收材料。舉例來說，在 OpticStudio 中鋁材料的折射率可由下式近似表示：

OpticStudio 使用文本文件定義所有的膜層數(shù)據(jù)。同時，OpticStudio 還提供了膜層數(shù)據(jù)的示例文件，該文件位于 Zemax 根目錄下的 Coatings 文件夾中，在定義新透鏡時系統(tǒng)默認使用該膜層文件。您可以定義多個膜層文件并將它們保存在相同的路徑下，然而同一時刻只能使用一個膜層文件。所使用的文件名稱可在系統(tǒng)選項 (System Explorer) 中的文件 (File) 菜單中選擇。當您對COATING.DAT文件進行了修改后，我們強烈建議您將文件另存為一個新的名稱，這樣在后續(xù)OpticStudio版本更新對COATING.DAT文件進行覆蓋時不會影響到您的膜層文件。

在膜層文件中，有許多關鍵詞用來定義不同類型的膜層文件，這包括：
MATE （用來定義材料）

TAPR （用來定義漸厚膜層）

COAT （用來定義鍍膜）

TABLE （使用數(shù)據(jù)點表格定義膜層）

IDEAL （用來定義理想膜層）

IDEAL2 （用來定義第二類理想膜層）

所有用于定義材料和漸厚膜層的關鍵詞都位于起始定義行，膜層數(shù)據(jù)跟隨在定義行之后。

如果想創(chuàng)建一種新的材料，則必須先使用 MATE 關鍵詞，MATE 關鍵詞的語法如下所示：

其中，波長 (wavelength) 總是以微米為單位的，并且當存在多個波長的數(shù)據(jù)時所有數(shù)據(jù)行必須以波長的升序進行排列；實部 (real) 為材料在對應波長下的折射率；虛部 (imaginary) 為消光系數(shù)。

以下為默認膜層文件 COATING.DAT 中的兩個示例：

在 MATE 數(shù)據(jù)部分中定義的材料可以在 COAT 數(shù)據(jù)部分引用。非理想的 COAT 膜層數(shù)據(jù)部分的語法如下所示：

當膜層文件第一次被讀取時，OpticStudio 將檢查每個膜層數(shù)據(jù)中包含的材料是否已經(jīng)在材料數(shù)據(jù)部分中定義。如果所引用的材料沒有被定義，則會提示錯誤。

膜層的厚度可以是介質(zhì)中相對于主波長的厚度，也可以是以微米為單位的絕對厚度。如果使用相對厚度，則膜層厚度由下式定義：

其中 λ0 為以微米為單位的主波長值；n0 為膜層在主波長下折射率的實部；T為膜層文件中定義的膜層光學厚度。如果 “is_absolute” 標識為0，則厚度為相對厚度；否則厚度為以微米為單位的絕對厚度。

參數(shù) “l(fā)oop_index” 是用來復制膜層的速記語法。如需使用該參數(shù)，請閱讀幫助系統(tǒng) “Defining replicated groups of coating layers” 中的內(nèi)容。

如果定義行中沒有 “is_absolute”、“l(fā)oop_index”、“tapername” 這些參數(shù)，則 OpticStudio 將默認其為零。

綜上，如果想添加一層厚度以波長為單位的膜層，其語法如下所示：

以下為默認膜層文件中的示例：

編輯膜層文件

您可以點擊數(shù)據(jù)庫選項卡 (Library Tab) > 膜層工具 (Coatings Tools) > 編輯膜層文件 (Edit Coating File) 打開膜層文件：

點擊確定將膜層文件保存一個新的文件名：

將文件以 “COATING_Edited.DAT” 為名保存在Zemax根目錄下的 Coatings 文件夾中。另存為之后系統(tǒng)會提示在修改文件后重新加載鍍膜文件以確保數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)部分定義膜層。需要注意的是，在定義 COAT 膜層數(shù)據(jù)之前必須先定義 MATE 材料數(shù)據(jù)。

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(tǒng)選項中的文件菜單中選擇新的膜層文件并加載到系統(tǒng)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。

非序列模式使用注意

如果想在非序列模式下查看膜層帶來的影響，在光線追跡以及其他分析時需要在設置中勾選“使用偏振 (Use Polarization)”選項。如果您需要同時追跡和分析反射及透射光線，則您還需要勾選“NSC 光線分裂 (Split NSC Ray)”選項。

舉例來說，在 NSC 布局圖中您需要勾選“使用偏振”和“NSC 光線分裂”兩個選項以正確顯示反射及透射光線。

小結(jié)

這篇文章介紹了在 OpticStudio 中使用膜層文件定義金屬材料和膜層的詳細步驟。