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RP Coating – das Software-Werkzeug für das Design optischer Vielschichtstrukturen

Beispiel: Design optischer Filter

Diese Demo-Datei stellt ein Formular bereit, mit dem man auf einfache Weise optische Filter entwickeln kann, die eine hohe Transmission bei kurzen Wellenlängen und hohe Reflexivität bei langen Wellenlängen haben (Kurzpass) oder umgekehrt (Langpass).

Für solche Designs ist ein rein numerischer Ansatz oft nicht praktikabel, da man viele Schichtpaare benötigt, was zu einem riesigen Parameterraum führt. Deswegen verwenden wir stattdessen im Wesentlichen das Design eines Bragg-Spiegels, aber mit zusätzlichen <$\lambda /8$>-Schichten oben und unten. Das genügt bereits für viele Zwecke, aber bei Bedarf kann für verbesserte Performance noch eine numerische Optimierung erfolgen.

form for short-pass and long-pass filters

Sie könnten das Formular bei Bedarf noch weiter ergänzen, z. B. für die Ausgabe zusätzlicher berechneter Parameter.

Es ist instruktiv, den Skript-Code für die Definition der Schichtstruktur zu inspizieren, die diverse im Formular eingegebene Variablenwerte verwendet:

beam from superstrate
substrate: (material_s$)
if DesignType$ = "Bragg" then
begin
  for j := 1 to N_Bragg do
  begin
    * (material_l$), l/4 at l_Bragg
    * (material_h$), l/4 at l_Bragg
  end
end
else if DesignType$ = "short-pass" then
begin
  * (material_l$), l/8 at l_Bragg
  for j := 1 to N_Bragg do
  begin
    * (material_h$), l/4 at l_Bragg
    * (material_l$), l/4 at l_Bragg
  end
  * (material_h$), l/4 at l_Bragg
  * (material_l$), l/8 at l_Bragg
end
else if DesignType$ = "long-pass" then
begin
  * (material_h$), l/8 at l_Bragg
  for j := 1 to N_Bragg do
  begin
    * (material_l$), l/4 at l_Bragg
    * (material_h$), l/4 at l_Bragg
  end
  * (material_l$), l/4 at l_Bragg
  * (material_h$), l/8 at l_Bragg
end
superstrate: air

Das erste Diagramm zeigt das Reflektivitätsprofil eines Kurzpassfilters, der Pumplicht bei 808 nm in einen Laser gelangen lassen soll, der bei 1064 nm arbeitet:

Ein zweites Diagramm zeigt die Reflektivität als Funktion von Wellenlänge und Einfallswinkel:

reflectivity of optical filter vs. wavelength and angle

Da wir eine “custom form” verwenden, können sowohl das Formular als auch die zugrundeliegenden Berechnungen von Benutzern geändert werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen.