{ "cells": [ { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Using the Fresnel module\n", "=====================" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "In this section, we will describe how to use the `Fresnel` module of `pySCATMECH`. This module defines the classes `OpticalFunction`, `Film`, and `FilmStack`. The last can be used to calculate the reflectance and transmittance of a stack of thin films on a substrate.\n", "\n", "We start by importing the package and importing `matplotlib`, which we use for some graphing:" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 1, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "from pySCATMECH.fresnel import *\n", "\n", "import matplotlib.pyplot as plt\n", "import matplotlib.ticker as ticker" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "OpticalFunction class\n", "-------------------------------\n", "The optical properties of a material can be stored with the class `OpticalFunction`. Here we create some materials by defining their optical functions. An optical function can be obtained from a file containing a table of wavelengths ($\\lambda$), optical constant ($n$), and extinction coefficient ($k$). Or it can be defined as a complex number $n+\\mathrm{i}k$. Since optical functions are a function of wavelength, one can create them as a function. If you create them as a function, they need to be tabulated at discrete wavelengths in order for SCATMECH to use them as interpolation tables. Note that doing that will create temporary files." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 2, "metadata": { "scrolled": false }, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\r\n", "\r\n", "\r\n", "\r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", "\r\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": { "needs_background": "light" }, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "wavelengths = np.arange(0.2,2.5,0.01)\n", "\n", "# The following looks for a file named \"silicon\"\n", "# Assume that \"silicon\" exists on your computer...\n", "silicon = OpticalFunction(\"silicon\") \n", "\n", "# A fixed real index:\n", "glass = OpticalFunction(1.5) \n", "\n", "# A metal, i.e., a complex index of refraction:\n", "aMetal = OpticalFunction(1.4+2.1j)\n", "\n", "# A material with a Cauchy dispersion, given as a lambda function\n", "# When providing a function, one must provide an iterable list of wavelengths because \n", "# the function is tabulated.\n", "SiO2 = OpticalFunction(lambda L: 1.4580 + 0.00354/L**2, wavelengths)\n", "\n", "# A couple materials with Sellmeier functions...\n", "MgF = OpticalFunction(lambda L: math.sqrt(1+0.48755108*L**2/(L**2-0.04338408**2)\n", " +0.39875031*L**2/(L**2-0.09461442**2)\n", " +2.3120353*L**2/(L**2-23.793604**2)),\n", " wavelengths)\n", "\n", "ZnO = OpticalFunction(lambda L: math.sqrt(1+1.347091*L**2/(L**2-0.062543**2)\n", " +2.117788*L**2/(L**2-0.166739**2)\n", " +9.452943*L**2/(L**2-24.320570**2)),\n", " wavelengths)\n", "\n", "# It is useful to have one for vacuum:\n", "vacuum = OpticalFunction(1)\n", "\n", "wavelengths = np.arange(0.25,1.5,0.001)\n", "\n", "# Plot the curves...\n", "plt.figure()\n", "plt.plot(wavelengths, [silicon(w).real for w in wavelengths], label=\"Si n\")\n", "plt.plot(wavelengths, [silicon(w).imag for w in wavelengths], label=\"Si k\")\n", "plt.plot(wavelengths, [glass(w) for w in wavelengths], label=\"glass\")\n", "plt.plot(wavelengths, [SiO2(w) for w in wavelengths], label=\"SiO2\")\n", "plt.plot(wavelengths, [MgF(w) for w in wavelengths], label=\"MgF\")\n", "plt.plot(wavelengths, [ZnO(w) for w in wavelengths], label=\"ZnO\")\n", "plt.xlabel(\"Wavelength (µm)\")\n", "plt.ylabel(\"Optical Constants\")\n", "plt.legend()\n", "plt.show()" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Film class\n", "----------\n", "\n", "The class `Film` handles the properties of a film, namely, its optical function and its thickness. There are basically two ways to create a `Film`: with a thickness (length) or with an optical thickness (length relative to wavelength in the material). (SCATMECH assumes lengths are in micrometers, although any user can use another unit, provided that unit is consistently used everywhere.)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 3, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "# Create a film of ZnO (defined above) of thickness 0.5 micrometers...\n", "film1 = Film(ZnO, thickness = 0.5)\n", "\n", "# Create a quarter-wave thickness of ZnO for wavelength 0.5 micrometers...\n", "film2 = Film(ZnO, waves = 1/4, wavelength = 0.5)\n", "\n", "# create a quarter-wave thickness of ZnO for wavelength 0.5 micrometers for 45 degrees incidence...\n", "film3 = Film(ZnO, waves = 1/4, wavelength = 0.5, angle = 45*deg)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "One of the properties of `Film` is that we can multiply a film by a scalar to obtain a film, say, twice as thick. This feature can be used to create high/low stacks in an intuitive way. FOr example, we can create a notch filter." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 4, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "H = Film(ZnO, waves = 1/4, wavelength = 0.5)\n", "L = Film(MgF, waves = 1/4, wavelength = 0.5)\n", "\n", "notch_filter = 5*[H,L] + [2*H] + 5*[L,H]" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "FilmStack class\n", "----------------------\n", "\n", "The `FilmStack` class handles a stack of films. Most importantly, it allows us to calculate the reflection or transmission properties for radiation incident on one material to another with a stack of films in between. We will start our demonstration of the `FilmStack` class with an empty one. \n", "\n", "The `FilmStack` methods that return reflection or transmission properties take four or five parameters. \n", "* The angle of incidence in radians\n", "* The wavelength (as measured in vacuum)\n", "* The `OpticalFunction` for the medium the radiation is incident from\n", "* The `OpticalFunction` for the medium the radiation will transmit to\n", "* Optional: a string '12', '21', '12i', or '21i'. The default is '12', which means that the stack of films is to be evaluated as if the first `Film` is closest to the medium the radiation will transmit to. '21' means the stack of films is to be evaluated as if the first `Film` is closest to the medium the radiation is incident from. The 'i' indicates that the angle is expressed as the incident angle in the incident medium. By default (no 'i'), the angle is expressed as a vacuum angle.\n", "\n", "So, let's see what the 60° reflectance of silicon is at 0.532 µm. " ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 5, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ "Jones matrix = \n", " [[(-0.7875336574103252-0.001629630653451164j), 0j], [0j, (0.37351472018980436+0.003391942682930761j)]] \n", "\n", "Mueller matrix = \n", " [[ 0.37986833 0.24034358 0. 0. ]\n", " [ 0.24034358 0.37986833 0. 0. ]\n", " [ 0. 0. -0.29416094 0.00206258]\n", " [ 0. 0. -0.00206258 -0.29416094]] \n", "\n", "Rs = 0.6202119172501502 , Rp = 0.13952475147363208\n" ] } ], "source": [ "stack = FilmStack()\n", "\n", "wavelength = 0.500 \n", "\n", "# Return a Jones matrix\n", "r = stack.reflectionCoefficient(60*deg, wavelength, vacuum, silicon)\n", "print(\"Jones matrix = \\n\",r,\"\\n\")\n", "\n", "# Return a Mueller matrix\n", "R = stack.R(60*deg, wavelength, vacuum, silicon)\n", "print(\"Mueller matrix = \\n\",R,\"\\n\")\n", "\n", "# Return the s and p reflectance\n", "Rs = stack.Rs(60*deg, wavelength, vacuum, silicon) \n", "Rp = stack.Rp(60*deg, wavelength, vacuum, silicon) \n", "print(\"Rs = \",Rs,\", Rp = \",Rp)" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Let's calculate the reflectance of silicon as a function of angle." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 6, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\r\n", "\r\n", "\r\n", "\r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", "\r\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": { "needs_background": "light" }, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "plt.figure()\n", "thetas=[t for t in np.arange(0,90)]\n", "Rs = [stack.Rs(t*deg, wavelength, vacuum, silicon) for t in thetas]\n", "Rp = [stack.Rp(t*deg, wavelength, vacuum, silicon) for t in thetas]\n", "plt.plot(thetas, Rs, label=\"$R_\\mathrm{s}$\")\n", "plt.plot(thetas, Rp, label=\"$R_\\mathrm{p}$\")\n", "plt.legend()\n", "plt.title(\"Reflectance of silicon at \" + str(wavelength) + \" µm\")\n", "plt.xlabel(r\"$\\theta$ (degrees)\")\n", "plt.ylabel(\"Reflectance\")\n", "plt.show()" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Let's calculate that reflectance as a function of wavelength for an angle of incidence of 70°." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 7, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\r\n", "\r\n", "\r\n", "\r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", "\r\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": { "needs_background": "light" }, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "plt.figure()\n", "wavelengths = [L for L in np.arange(0.1, 1.5, 0.01)]\n", "Rs = [stack.Rs(70*deg, wavelength, vacuum, silicon) for wavelength in wavelengths]\n", "Rp = [stack.Rp(70*deg, wavelength, vacuum, silicon) for wavelength in wavelengths]\n", "plt.plot(wavelengths, Rs, label=\"$R_\\mathrm{s}(\\lambda)$\")\n", "plt.plot(wavelengths, Rp, label=\"$R_\\mathrm{p}(\\lambda)$\")\n", "plt.legend()\n", "plt.title(\"Reflectance of silicon at 70° incidence\")\n", "plt.xlabel(\"$\\lambda$ (µm)\")\n", "plt.ylabel(\"Reflectance\")\n", "plt.show()" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Finally, let's calculate the ellipsometric parameters $\\Psi$ and $\\Delta$ as a function of wavelength." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 8, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\r\n", "\r\n", "\r\n", "\r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", "\r\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": { "needs_background": "light" }, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "plt.figure()\n", "wavelengths = [L for L in np.arange(0.1, 1.5, 0.01)]\n", "M = [stack.R(70*deg, wavelength, vacuum, silicon) for wavelength in wavelengths]\n", "delta = [(m @ Polarization(angle=45*deg)).delta() for m in M]\n", "psi = [(m @ Polarization(angle=45*deg)).psi() for m in M]\n", "plt.plot(wavelengths, delta, label=\"$\\Delta(\\lambda)$\")\n", "plt.plot(wavelengths, psi, label=\"$\\Psi(\\lambda)$\")\n", "plt.legend()\n", "plt.title(\"Ellipsometric parameters\")\n", "plt.xlabel(\"$\\lambda$ (µm)\")\n", "plt.ylabel('$\\Psi$, $\\Delta$ (rad)')\n", "plt.show()" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "That isn't a very interesting film stack. The `grow()` method allows us to grow films on the substrate. The `clean()` method wipes all of the films off. Let's see what the ellipsometric parameters do when we add films of thickness 0 µm, 0.01 µm, 0.02 µm, and 0.03 µm." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 9, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\r\n", "\r\n", "\r\n", "\r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", "\r\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": { "needs_background": "light" }, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "stack = FilmStack()\n", "film = Film(SiO2, thickness = 0.01)\n", "stack.grow(film)\n", "\n", "plt.figure()\n", "wavelengths = [L for L in np.arange(0.1, 1.5, 0.01)]\n", "\n", "for t in [0., 0.01, 0.02, 0.03]:\n", " stack.clean()\n", " stack.grow(Film(SiO2, thickness = t))\n", " \n", " M = [stack.R(70*deg, wavelength, vacuum, silicon) for wavelength in wavelengths]\n", " delta = [(m @ StokesVector(1,0,1,0)).delta() for m in M]\n", " psi = [(m @ StokesVector(1,0,1,0)).psi() for m in M]\n", " plt.plot(wavelengths, delta)\n", " plt.plot(wavelengths, psi)\n", "\n", "plt.title(\"Ellipsometric parameters\")\n", "plt.xlabel(\"$\\lambda$ (µm)\")\n", "plt.ylabel('$\\Psi$, $\\Delta$ (rad)')\n", "plt.show()\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "We can also look at transmission. Here is the angle dependence of the transmission of a quarter wave MgF coating on glass." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 10, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\r\n", "\r\n", "\r\n", "\r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", "\r\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": { "needs_background": "light" }, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "stack = FilmStack()\n", "\n", "substrate = SiO2\n", "wavelength = 0.500\n", "stack.grow(Film(MgF, waves=1/4, wavelength=wavelength))\n", "\n", "plt.figure()\n", "ax = plt.subplot()\n", "thetas=np.array([t for t in np.arange(0,90)])\n", "Rs = [stack.Rs(theta*deg, wavelength, vacuum, substrate) for theta in thetas]\n", "Rp = [stack.Rp(theta*deg, wavelength, vacuum, substrate) for theta in thetas]\n", "Ts = [stack.Ts(theta*deg, wavelength, vacuum, substrate) for theta in thetas]\n", "Tp = [stack.Tp(theta*deg, wavelength, vacuum, substrate) for theta in thetas]\n", "plt.plot(thetas, Rs, label = \"Rs\")\n", "plt.plot(thetas, Rp, label = \"Rp\")\n", "plt.plot(thetas, Ts, label = \"Ts\")\n", "plt.plot(thetas, Tp, label = \"Tp\")\n", "plt.legend()\n", "plt.xlim([-5, 95])\n", "plt.xticks(np.linspace(0, 90, 10))\n", "plt.xlabel(\"Angle\")\n", "plt.ylabel(\"Reflectance, Transmittance\")\n", "plt.title(\"Reflectance and Transmittance of a $\\lambda/4$ MgF film on SiO$_2$\")\n", "class AddDegrees(ticker.Formatter):\n", " def __call__(self,x,pos):\n", " return \"$%g \\degree$\"% x\n", "ax.xaxis.set_major_formatter(AddDegrees())\n", "class AddPercent(ticker.Formatter):\n", " def __call__(self,x,pos):\n", " return (\"%g\" % (x*100))+\" %\"\n", "ax.yaxis.set_major_formatter(AddPercent())\n", "plt.show()" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Let's create with some high-low stacks. Note that we can create `FilmStack` from a list of `Film`. In the following, we create a series of curves containing various numbers of low-high pairs. A twenty-pair stack, for example, can be created by `FilmStack(20*[L,H])`." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 11, "metadata": { "scrolled": false }, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\r\n", "\r\n", "\r\n", "\r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", "\r\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": { "needs_background": "light" }, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "L = Film(MgF, waves=1/4, wavelength=0.500)\n", "H = Film(ZnO, waves=1/4, wavelength=0.500)\n", "\n", "substrate = glass\n", "\n", "def pltFilm(stack,label=\"\"):\n", " stack = FilmStack(stack)\n", " wavelengths = np.arange(0.2, 1.0, 0.001)\n", " Rs = [stack.Rs(0*deg, L, vacuum, substrate) for L in wavelengths]\n", " plt.plot(wavelengths, Rs, label=label)\n", "\n", "plt.figure()\n", "plt.title(\"Buildup of a high reflector\")\n", "pltFilm(2*[L,H], label=\"2 LH\")\n", "pltFilm(3*[L,H], label=\"3 LH\")\n", "pltFilm(4*[L,H], label=\"4 LH\")\n", "pltFilm(10*[L,H], label=\"10 LH\")\n", "pltFilm(20*[L,H], label=\"20 LH\")\n", "plt.legend()\n", "plt.xlabel(\"Wavelength (µm)\")\n", "plt.ylabel(\"Reflectance\")\n", "plt.show()\n", "\n", "\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Here is a notch filter, which consists of a 2H layer between two high reflectors." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 12, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\r\n", "\r\n", "\r\n", "\r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", " \r\n", "\r\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": { "needs_background": "light" }, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "plt.figure()\n", "plt.title(\"Notch filter\")\n", "pltFilm(5*[H,L] + [2*H] + 5*[L,H],\"5(H,L)+2H+5(L,H)\")\n", "plt.legend()\n", "plt.xlabel(\"Wavelength (µm)\")\n", "plt.ylabel(\"Reflectance\")\n", "plt.show()" ] } ], "metadata": { "kernelspec": { "display_name": "Python 3", "language": "python", "name": "python3" }, "language_info": { "codemirror_mode": { "name": "ipython", "version": 3 }, "file_extension": ".py", "mimetype": "text/x-python", "name": "python", "nbconvert_exporter": "python", "pygments_lexer": "ipython3", "version": "3.7.7" } }, "nbformat": 4, "nbformat_minor": 2 }