快速入门：光学滤光片概述

在本快速入门中，我们使用 OghmaNano 的光学滤光片求解器来计算 光在法向入射下如何被多层薄膜堆栈反射和透射。 这种堆栈可被设计为减反射涂层、反射镜或带通滤光片。

1. 背景：

在薄膜中传播的光可以看作前向波和后向波。 当波穿过厚度为 \(d\)、折射率为 \(n\) 的一层时，它会获得相移 \(\delta = \tfrac{2\pi}{\lambda}\,n d\)，其中 \(\lambda\) 是自由空间中的波长。 层中波的行为可以使用一个 2×2 传输矩阵来表示 \[ M = \begin{bmatrix} \cos(\delta) & \tfrac{i}{n}\sin(\delta) \\ i n \sin(\delta) & \cos(\delta) \end{bmatrix}, \] 该矩阵将进入和离开该层的电场振幅联系起来。

对于由多层组成的堆栈，总体响应只需通过将所有层的矩阵相乘即可得到： \[ M_\text{total} = \prod_{j=1}^{N} M_j. \] 一旦总矩阵已知，就可以计算该堆栈的反射和透射。 如果入射介质的折射率为 \(n_0\)，基底的折射率为 \(n_s\)， 则反射和透射系数可从 \(M_\text{total}\) 中提取，而可测量的 反射率和透射率为 \[ R = |r|^2, \qquad T = \frac{n_s}{n_0}\,|t|^2. \]

通过调整各层的厚度和折射率，可以设计具有 定制光学特性的滤光片。单个四分之一波长层可以在其设计 波长处抑制反射，而交替排列的高折射率和低折射率四分之一波长层会产生布拉格反射镜， 其具有强阻带。

2. 开始使用：

要开始你的第一个光学滤光片计算，请从主菜单中的 File 功能区 打开新建仿真窗口。双击 Optical filter 示例（见 ??） 并将仿真保存到磁盘上的某个文件夹中。随后你将看到主窗口 （见 ??）， 其中显示了一个由大约十个交替层组成的多层堆栈。点击 Run simulation （播放）按钮以计算光谱；完成后，结果会显示在 Output 选项卡中（见 ??）。

检查输出结果

运行仿真后，双击 Optical Output （见 ??）。 这将打开 Optical Simulation Editor。该编辑器包含多个选项卡。 第一个选项卡 Photon distribution 会自动显示 （见 ??）。 在这里会显示腔体内部的光子密度，并且滤光片的分层结构会清晰地显示为垂直条纹。 第二个选项卡 Photon distribution absorbed （见 ??）， 显示光子在何处被吸收。在本示例中，吸收较弱但不为零，因为其中一种材料被设置了一个较小的吸收系数 \(\alpha\)。 最后，Reflected light 选项卡 （见 ??） 显示反射率光谱。结果表明在约 500 nm 到 800 nm 之间存在强反射， 而该波段之外的光则以不同程度透射，这是布拉格型滤光片的典型特征。

Transmitted light 光谱证实了该滤光片的带阻行为。 在约 300 nm 到 500 nm 之间的光可以有效透射， 而 500–800 nm 范围内的波长则被强烈阻挡。 在 800 nm 以上的更长波长处，又重新出现了一些透射， 这表明滤光片响应具有多波段特性。

编辑滤光片

要检查或修改堆栈，请在主窗口中打开 Device structure 选项卡并点击 Layer editor（见 ??）。 该编辑器列出器件中每一层及其厚度、光学材料和设置。你可以直接在表格中编辑层 厚度、更改材料、添加或删除层，并根据滤光片设计需要重新排序。