光学参数
Optics 页面定义照明条件、求解范围和输出目标。本章覆盖四个方面：
- 波长模式、波长采样、入射角、偏振比与锥角平均的设置规则；
- 基础探测器、入射光谱、颜色、椭偏、深度分布和色散探测器的启用条件；
- 色散数值质量和插值建议的配置；
- 点击
Run前最常见的参数冲突与校验边界。
页面结构与配置顺序
Optics 页面可按职责分为六个部分：
| 区域 | 主要内容 | 作用 |
|---|---|---|
Common Parameters | 波长模式、波长输入、入射角、偏振比 | 定义所有计算的基本照明条件 |
Cone Angle | 锥角半角、分布、环数 | 对入射角锥体进行平均 |
R · T · A | 基础探测器与入射光谱设置 | 定义最常用的能量结果与光谱加权 |
Ellipsometry | Psi、Delta | 定义椭偏结果输出 |
Depth Distribution | 深度探测器与深度分辨率 | 定义厚度方向的场量与能流输出 |
Dispersion | Phase、GD、GDD、DGD | 定义色散相关输出（仅限 Sweep 模式） |
推荐采用以下顺序配置：
- 先确定波长模式。
- 再填写波长参数。
- 再设置入射角与偏振比。
- 如需锥角平均，启用并配置 Cone Angle。
- 再根据目标结果选择探测器。
- 只有在确实需要时，再开启入射光谱、颜色计算、深度分辨率或色散探测器。
- 最后检查底部状态栏，确认参数通过验证后再运行。
这样做的原因是：本页大部分约束都属于“波长模式 + 探测器 + 当前结构”的耦合约束。先固定模式，再选择结果类型，返工最少。
基本照明条件：波长、角度与偏振
Common Parameters 是本页的基础控制区。这里的设置会直接影响后续哪些探测器可用、哪些附加设置会被禁用。
波长模式与采样规则
三种波长模式的差异如下：
| 模式 | 计算方式 | 适用场景 | 关键限制 |
|---|---|---|---|
Single | 只计算一个波长点 | 快速检查某一固定波长 | 不提供入射光谱加权 |
Sweep | 在区间内逐点扫描 | 常规光谱、颜色、椭偏、深度分布 | 最常用，也是大多数结果页的标准模式 |
Average | 在区间内计算平均结果 | 区间平均性能筛选 | 禁用椭偏与整组深度分布探测器 |
对应的输入规则是：
| 模式 | 输入项 | 规则 |
|---|---|---|
Single | Single Wavelength | 必须是大于 0 的有效数值 |
Sweep / Average | From、To、Step | From > 0，To > From，Step > 0 |
工程上可按以下方式使用：
- 只想快速验证一个固定工作点时，使用
Single。 - 需要标准频谱输出时，使用
Sweep。 - 只关心区间平均表现而不关心曲线细节时，使用
Average。
对初次建模而言，Sweep 仍是最稳妥的默认模式。
入射角与偏振比
入射角与 pRatio 决定了光以何种方向和偏振状态照射当前结构。两者都由滑块和数值输入框共同控制，修改任意一端都会同步更新另一端。
| 参数 | 物理含义 | 当前规则 | 使用建议 |
|---|---|---|---|
Incident Angle | 入射角度 | 0° ~ 89.99° | 初次计算先用 0°，再逐步提高做角度敏感性分析 |
pRatio | p 偏振占比 | 0 ~ 1 | 0 = s，0.5 = 非偏振，1 = p |
若没有明确偏振需求，pRatio = 0.5 是最稳妥的基线设置。
锥角平均（Cone Angle）
Cone Angle 区域在当前 Incident Angle 的基础上，对一个入射角锥体内的结果取加权平均。适用于模拟有限角展（聚焦光束或具有特定数值孔径的透镜收集光）的场景。
输入模式
锥角半角可通过三种等价方式输入：
| 输入模式 | 符号 | 换算关系 | 范围 |
|---|---|---|---|
Half-angle | α | 直接输入角度值（°） | 0 ~ 89.9° |
F/# | F/# | α = arctan(1 / (2 × F/#)) | 正数 |
NA | NA | α = arcsin(NA) | 0 ~ 1 |
三种模式设置的是同一个底层半角参数，只是输入表示不同。
分布与环数
| 参数 | 选项 / 范围 | 说明 |
|---|---|---|
Distribution | Uniform、Lambertian | 锥体内部的角度权重 |
Ring Count | 2 ~ 20（整数） | 中心射线周围的径向环数 |
实际射线数为 1 + 12 × ringCount。例如，默认 ringCount = 10 使用 121 条射线。
incidentAngle + halfAngleDeg < 89.9°。若总和达到或超过 89.9°，需减小入射角或半角。锥角平均的作用范围
锥角平均仅影响以下探测器和衍生输出：
R、T、A、Layer Absorption- 入射光谱加权后的光谱
- 可见颜色计算
其余探测器（Ellipsometry、Depth Distribution、Dispersion）仍使用单一 Incident Angle 值进行计算。
基础探测器、入射光谱与颜色计算
R · T · A 面板负责最常用的频谱输出，同时也是入射光谱和颜色计算的前置区域。
基础探测器
基础探测器包括以下四项：
| 探测器 | 对应结果 | 作用 |
|---|---|---|
R | Reflectance | 输出反射率 |
T | Transmittance | 输出透射率 |
A | Absorptance | 输出总吸收率 |
Layer Absorption | Layer Absorption | 输出各层吸收贡献 |
使用建议如下：
- 第一次计算通常至少保留
R、T、A。 - 需要定位哪一层主导吸收时，再启用
Layer Absorption。 - 如果当前只关心某一类结果，没有必要长期保持全选。
入射光谱的启用条件
入射光谱会对基础探测器结果施加光谱权重。它只有在以下两个条件同时满足时才允许启用：
- 当前波长模式不是
Single。 - 至少启用了一个基础探测器（
R、T、A或Layer Absorption）。
只要任一条件不满足，入射光谱开关就会被禁用或隐藏。
入射光谱来源与文件要求
可选光谱源如下：
| 来源 | 适用场景 | 备注 |
|---|---|---|
Illuminant A | 暖色标准光源参考 | 适合标准化对比 |
Illuminant D65 | 日光参考 | 颜色分析中更常用 |
File | 自定义真实光源 | 需要导入合法光谱文件 |
当选择 File 时，自定义光谱数据必须满足：
- 至少包含数据点。
- 波长与强度数组长度一致。
- 波长严格递增。
- 波长全部大于
0。 - 强度全部为非负数。
如果文件看起来已导入但验证仍失败，应先检查数据本身，再检查界面设置。
波长范围与光谱覆盖范围
启用入射光谱后，当前波长范围必须落在光谱源的可覆盖区间内：
| 光谱源 | 可覆盖波长范围 |
|---|---|
Illuminant A / Illuminant D65 | 300 nm ~ 830 nm |
File | 由导入文件的首尾波长决定 |
启用入射光谱后，必须满足：
From不能低于光谱源最小波长。To不能高于光谱源最大波长。
这是启用入射光谱后最常见的校验冲突来源。
可见颜色计算
Enable Color Calculation 会增加更严格的波长采样约束。要求如下：
From = 360 nmTo = 780 nmStep <= 1 nm
因此，颜色计算只适用于可见波段，并要求足够细的采样。
页面中的 Apply Preset 按钮会直接写入 360 / 780 / 1。当目标是颜色分析时，优先使用该预设，而不要手动逐项输入。
椭偏与深度分布
Ellipsometry 和 Depth Distribution 都属于更专业的结果组，对当前结构和波长模式有更严格要求。
椭偏结果（Psi / Delta）
Ellipsometry 面板只包含两个探测器：Psi 和 Delta。这组探测器的前置条件如下：
| 条件 | 要求 |
|---|---|
| 波长模式 | 不能是 Average |
| 结构相干性 | 当前启用结构中不能存在任何非相干层 |
只要启用了 Psi 或 Delta，就必须返回 Structure 检查所有启用层是否仍保持相干，包括顶层普通层和启用状态的层组内部层。
深度分布探测器
Depth Distribution 面板包含以下四项：
| 探测器 | 作用 | 相干结构要求 |
|---|---|---|
Poynting Vector | 能流分布 | 需要 |
Absorption Density | 吸收密度分布 | 需要 |
Electric Field | 电场分布 | 需要 |
Refractive Index | 厚度方向折射率剖面 | 不属于相干深度求解子集，限制更宽 |
需要明确两点：
Average模式会禁用整个深度分布组。- 在四个探测器中，真正依赖“全结构相干”的是前三项；
Refractive Index的结构限制相对更宽。
深度分辨率
深度分辨率只有在至少启用了一个相干深度探测器（Poynting Vector、Absorption Density、Electric Field）时才真正成为有效参数。
当前规则是：
- 深度分辨率必须
>= 0.1 nm。 - 深度分辨率必须小于当前启用结构的总厚度。
这里的“总厚度”包括：
- 所有启用普通层的厚度总和。
- 所有启用
Layer Group内部层厚度之和，再乘以该层组的重复次数。
因此，分辨率并不是“只要大于零就行”。对于很薄的有效结构，分辨率过大同样会触发验证失败。
工程上建议先使用较粗但合法的分辨率确认趋势，只有在确实需要更高空间分辨率时，再逐步减小。
色散探测器（Dispersion）
Dispersion 区域提供四个探测器，用于表征薄膜堆的相位和群延迟特性：
| 探测器 | 物理量 | 单位 | 结果页 |
|---|---|---|---|
Phase φ(λ) | 透射/反射系数的解包裹复相位 | rad | Phase |
GD（群延迟） | 相位对角频率的一阶导数 | fs | Group Delay |
GDD（群延迟色散） | 相位对角频率的二阶导数 | fs² | GDD |
DGD（差分群延迟） | GD(P) - GD(S) | fs | DGD |
启用条件
色散探测器在 Optics 页面上有最严格的激活条件：
| 条件 | 要求 |
|---|---|
| 波长模式 | 必须为 Sweep |
| 结构相干性 | 所有启用层都必须是相干的（不能有非相干层） |
| Average 模式 | 不兼容；Average 模式下色散探测器被禁用 |
Sweep，色散探测器的复选框仍然可见但标注 Sweep Only，无法启用。请先切换到 Sweep 模式。数值质量（Numerical Quality）
GD、GDD 和 DGD 通过数值微分计算。Numerical Quality 设置控制内部采样密度：
| 质量档位 | 行为 |
|---|---|
Low | 最快；对具有尖锐光谱特征的结构，GDD 或 DGD 可能出现噪声 |
Medium | 默认；在速度与稳定性之间取平衡 |
High | 最密集的网格；最慢但结果通常最稳定 |
Phase 本身不需要微分运算，不受此设置影响。
稀疏输出警告
如果输出波长点数低于建议阈值，页面会显示警告：
| 探测器 | 建议最少波长点数 |
|---|---|
GD | 10 |
GDD | 20 |
DGD | 10 |
增大波长范围或减小步长以获取足够的输出点。
插值建议
启用色散探测器时，面板可能显示折射率插值方法从 Linear 切换到 PCHIP 或 CubicSpline 的建议。提供两个快捷按钮：
Use PCHIP Interpolation for Layers— 将所有基于文件的层设置为 PCHIP 插值Use CubicSpline Interpolation for Layers— 将所有基于文件的层设置为 CubicSpline 插值
更平滑的插值可减少 GD 和 GDD 中的数值伪影。理论与使用细节参见色散理论章节和色散结果章节。
常见冲突与运行前检查
本页最常见的错误可归纳如下：
| 问题 | 典型现象 | 处理方式 |
|---|---|---|
Single 模式下找不到入射光谱 | 入射光谱区域消失 | 这是预期行为；如需光谱加权，切回 Sweep 或 Average |
| 入射光谱开关仍禁用 | 想启用但开关是灰的 | 先确认至少启用一个基础探测器，且当前不是 Single |
| 自定义光谱导入后仍报错 | 文件似乎导入成功，但验证失败 | 先检查数据格式，再检查 From / To 是否超出文件覆盖范围 |
| 开启颜色计算后多项波长报错 | From / To / Step 同时失败 | 直接点击 Apply Preset |
勾选 Psi / Delta 后验证失败 | 椭偏探测器可选，但底部仍报错 | 返回 Structure，移除所有启用状态的非相干层 |
| 深度分辨率为正数仍非法 | 输入为正，但验证失败 | 检查该值是否仍大于或等于当前启用结构总厚度 |
色散探测器标注 Sweep Only | 复选框可见但无法启用 | 将波长模式切换为 Sweep |
| 色散探测器报非相干层错误 | 底部显示相干性验证失败 | 返回 Structure，将所有启用层设为相干 |
| 锥角之和超出限制 | 验证报告 incidentAngle + halfAngleDeg >= 89.9 | 减小入射角或锥角半角 |
在点击 Run 或进入下一章前，应完成以下检查：
- 当前波长模式与目标分析一致。
- 波长参数满足当前模式要求。
- 入射角与
pRatio处于合理范围。 - 若启用了锥角，
incidentAngle + halfAngleDeg < 89.9。 - 至少启用了一个探测器。
- 若启用了入射光谱，当前波长区间没有超出光谱覆盖范围。
- 若启用了颜色计算，
360 / 780 / <=1 nm已满足。 - 若启用了椭偏或相干深度探测器，当前结构中不存在启用状态的非相干层。
- 若启用了色散探测器，模式为
Sweep且所有层相干。
基准配置流程
若目标只是完成一次标准频谱计算，建议采用以下基准设置：
- 保持
Sweep模式。 - 使用
400 ~ 900 nm，步长5 nm。 - 保持入射角
0°。 - 保持
pRatio = 0.5。 - 启用
R、T、A。 - 暂不启用入射光谱。
- 先运行并检查基础结果。
若下一步要做颜色分析：
- 启用入射光谱。
- 选择
D65或你的自定义光源。 - 开启颜色计算。
- 点击
Apply Preset。 - 再运行并读取光谱与颜色结果。
若下一步要做深度分布：
- 先确认
Structure页没有任何启用状态的非相干层。 - 选择
Poynting Vector、Absorption Density或Electric Field。 - 将深度分辨率设置在合法区间内。
- 再运行并读取深度分布结果。
若下一步要做色散分析：
- 将波长模式设为
Sweep。 - 确认
Structure页没有任何启用状态的非相干层。 - 选择
Phase、GD、GDD、DGD中的一个或多个。 - 根据需要设置
Numerical Quality（默认Medium通常足够）。 - 如果出现插值建议，考虑应用
PCHIP或CubicSpline。 - 运行并查看色散结果。
完成这些后，继续阅读下一章：参数扫描。