Software pro zpracováni optických měřeni
1
Přihlášení na počítač v 07/02004
Pro fitování pomocí newAD je možné využít počítač v 07/02004 (seminární místnost S10).
Počítač implicitně bootuje do MS Windows, boot do Linuxu je zapotřebí explicitně zvolit v boot menu výběrem Fedora, with Linux . . . (ideálně nejvyšší verzi).
Login: student.
Heslo: stejné jako na hercules .physics .muni . cz.
Přihlášení na hercules
Fitovací software newAD je clusterový, hlavní počítač clusteru, kde jsou všechna data a odkud lze fitování řídit, je hercules.
Z fyziky:
ssh -X studentOhercules
Z dálky:
ssh -CX student@hercules.physics.muni.cz
Adresáře na hercules
prakt/ROK/SKUPINA - data z praktika si nakopírujte do podadresáře v domovském adresáři podle ročníku a skupiny a zpracování provádějte tam.
/share - adresář, kam se automaticky synchronizují data ze všech přístrojů. Pro vás je pouze ke čtení. Podadresáře podle přístrojů používaných v praktiku:
ell - elipsometr Jobin Yvon U VISEL.
Iambdal050 - spektrofotometr Perkin Elmer Lambdal050.
opus - spektrofotometr Bruker Vertex v80.
Export dat Bruker Vertex 80v
Měřicí program automaticky ukládá všechna měření jako nečitelné binární soubory (s koncovkami .0, .1, ...).
Export do textového formátu (DPT - data point table) lze provést po kliknutí pravým tlačítkem na single-channel data v seznamu dat. Při exportu pozor na adresář, může být nastaven jiný, než kam se ukládají měření.
Správně exportovaná signle-channel data připomínají křivku záření černého tělesa. Vypadají-li jinak, exportovali jste už přímo propustnost nebo nějakou jinou odvozenou veličinu.
Export dat Perkin Elmer Lambdal050
Skončíte-li měření vzorku, zavřete okno s měřením, program se zeptá, zda chcete uložit Task. Jelikož Task znamená měření, uložit ho chcete. Odpovíte-li ne, nejsou data definitivně ztracena, ale nedá se k nim už dostat snadno a neuloží se k nim všechna metadata.
Měřicí software od výrobce pojmenovává automaticky měření dost nesmyslně. Aby se šlo v souborech vyznat byla zavedena následující konvence.
Měření se pojmenovávají hierarchicky, části názvu se oddělují čtyřtečkou (dvě dvojtečky), pro praktikum by název měl začínat SpecPrakt: : ROK: : SKUPINA, tedy například:
SpecPrakt::2014::B::Ti02-3B
$Id: software.tex 4551 2014-04-17 14:09:35Z yeti $
2
Software pro zpracováni optických měřeni
Po skončení měření se pak programem Folder Exportér takto pojmenované měření exportuje do adresáře C:/Users/Public/Export/SpecPrakt/2014/B/Ti02-3B
odkud se už synchronizuje na hercules. Ve Folder Exportem vybereme měření a tlačítkem Export Selected provedeme export. Po opětovném načtení seznamu by mělo mít zelené označení, indikující, že existuje exportovaná
Konverze dat Perkin Elmer Lambdal050
Soubory s daty se jmenují JD.Sample.Raw.asc, ostatní jsou pomocné soubory, které lze smazat, aby nepřekážely. Identifikátor ID rozlišuje jednotlivá měření.
Data je kromě sloučení, konverze a výpočtu fitovací váhy také nutné převést z relativní odrazivosti vůči normálu na absolutní odrazivost. Konverzní programy dělají obojí, standardně berou jako normál krystalický křemík (který se používá i v praktiku), lze nicméně zvolit jiný.
Pro data měřená metodou 4x4 se používá program spec4x4 a typy měření jsou Dark_Front, Dark_Back, Sample JV_Front a Sample JV_Back, kde iVje pořadové číslo měření.
Program spec4x4 rozlišuje měření podle názvu souboru a stačí ho jen spustit na všechny datové soubory:
spec4x4 Dark_*.asc Sample_*.asc
nebo po smazání pomocných souborů prostě
spec4x4 *.asc
Vytvoří soubor R.dat se standardní strukturou.
Konverze dat Jobin Yvon UVISEL 2
Konverze vyžaduje nejprve přejmenování souborů *.spe, aby měly koncovky podle elipsometrické konfigurace. To provádí skript jy-rename .py, v adresáři s daty stačí spustit
jy-rename.py -d
Volba -d zajišťuje smazání původních *.spe souborů, které nebudeme potřebovat. Výsledkem jsou soubory
p. Om p. Op p. 9m p. 9p p. mm p. mp p. pm p. pp
Vlastní konverzi provádí program ell, kterému stačí zadat bázové jméno souborů (bez koncovky): ell p
Tlačítko Skew provede automatickou korekci úhlů rotace optických prvků. Zjištěné odchylky dA, dM by měly být mnohem menší než 1, jinak je něco špatně.
Data lze ve spektrech ručně opravovat posouváním jednotlivých bodů, případně stisknutím tlačítka Correct, které opraví všechy detekované chybné body ve vybraném spektru.
Spojení měření na jednotlivých konfiguracích a výpočet opravených hodnot Is, Icu a Jcni a fitovacích vah provedeme tlačítkem Execute, které zapíše soubor p.dat.
Program ukončíme Quit.
Nastavení čísla vzorku (1) nebo typu výstupu (Is, Icu a /cin) nemáte důvod měnit.
Konverze dat Bruker Vertex 80v
Pro sloučení dat propustnosti nebo odrazivosti a výpočet fitovacích vah ze single-channel dat se používá program speccheck. V adresáři s daty spustíte
speccheck TMIR
$Id: software.tex 4551 2014-04-17 14:09:35Z yeti $
Software pro zpracováni optických měřeni
3
kde TMIR znamená transmittanci (T) ve střední (M) infračervené oblasti (IR). Další možnosti jsou RMIR, TFIR a RFIR.
Program se pokusí roztřídit data na single-channel měření vzorku, prázdného kanálu, případně normálu, což nicméně vyžaduje určité konvence při pojmenovávní vzorků.
Data lze vybrat a ručně přiřadit do Sample, Background nebo Ignore. Máme-li v jednom adresáři více vzorků, je samozřejmě zapotřebí převést data postupně.
Tlačítko Run spustí konverzi, která vytvoří soubor T-MIR.dat (případně analogicky podle typu dat).
Fitovací software newAD
Software pro fitování dat z optických měření je clusterový a skládá se z několika spolupracujících programů. Jeden uživatel může současně mít spuštěno pouze jedno fitování - skupiny se tedy musejí domluvit a nelézt si do zelí, protože všechny pracují pod stejným uživatelem student.
Grafické uživatelské rozhraní se spouští
xviewerAD
Tento program se spouští v adresáři s daty, která chceme fitovat. Tím se současně definuje, kde bude hledat a vytvářet soubory celý zbytek newAD.
V levém panelu lze do výpočtu přidávat počítače z clusteru, v pravém měnit hodnoty parametrů a nastavovat je jako volné/pevné.
Funkce tlačítek:
Model - volba modelu vzorku typu a měření, což je první věc, kterou je zapotřebí udělat.
Input - volba vstupních datových souborů (lze jich zvolit několik současně, nicméně ze stejného adresáře).
Quit- opuštění grafického rozhraní. Tlačítko nepřerušuje fitování, nezapomíná žádné nastavení ani pracovní adresář. Během fitování může být grafické rozhraní spuštěno vícekrát, případně i vůbec, fitování běží nezávisle na něm. Spustíme-li znovu xviewerAD, připojí se k již běžícímu fitovacímu procesu.
Halt - ukončení celého newAD, včetně grafického rozhraní. Použijte, když skončíte práci, chcete fitovat jiný vzorek v jiném adresáři a pod.
Output - vytvoření výstupního souboru (tradičně pojmenovaného out). Calculate - výpočet teoretických dat podle aktuálních hodnot parametrů.
Minimum - minimalizace součtu čtverců odchylek pomocí variace jednoho vybraného parametru hrubou silou (právě jeden parametr musí být vybrán jako volný, free).
Fit - fitování volných free parametrů.
Grapher - spuštění prohlížeče grafů (ve výchozím nastavení prázdného, je zapotřebí vybrat křivky, které chceme zobrazovat). Lze ho spustit i samostatně např. na výstupní soubor:
grapherAD out
Restore - načtení uloženého stavu fitování z restoref ileAD a pokračování, například po pádu či násilném ukončení.
Import - načtení výstupního souboru například z ritu v jiném adresáři. Nastaví se model a parametry, vstupní soubory se nemění.
Fitování či minimalizaci lze ukončit předčasně tlačítkem End. Právě běžící iterace ovšem doběhne celá.
Standardní struktura dat newAD
Vstupní datové soubory jsou textové soubory s pevným počtem sloupců:
1 2 3 4       5       6 7
typ_dat vlnová_délka/nm úhel_dopadu/deg expl exp2 exp3 váha
$Id: software.tex 4551 2014-04-17 14:09:35Z yeti $
4
Software pro zpracováni optických měřeni
Typ dat se skládá s vlastního typu dat a dvou čísel 00 až 99 určující číslo sekundárního a primárního vzorku (pro vícevzorkové zpracování dat). V praktiku budou koncové čtyři cifry vždy 0001.
Sloupce s experimentálními daty jsou vždy tři, u spektrofotometrie (2), kde je jen jedna měřená veličina, jsou sloupce data2 a data3 vždy nuly, například:
20001 275.01 0 0.258605 0 0 10000
U elipsometrie (9) jsou v datových sloupcích Is, Icn, a /Cni; v tomto pořadí:
90001 190.746472 75.000000 7.463960e-01 5.331406e-01 3.655881e-01 9.246797e+04
Struktura výstupního souboru newAD
Výstupní soubor (out) začíná hlavičkou, kde je uveden model, čas, vstupní data, residuální sumy čtverců a hodnoty Xi hodnoty všech parametrů včetně chyb, korelační matice, etc. Všechny řádky hlavičky začínají znakem #.
Řádky nezačínající # obsahují experimentální a naritované křivky optických veličin a spektrální závislosti optických konstant. Prvních deset sloupců je podobných jako u vstupního souboru, pouze navíc obsahují i nafito-vaná teoretická data:
1 2 3 456789 10
typ_dat vlnová_délka/nm úhel_dopadu/deg expl exp2 exp3 thl th2 th3 váha
Následuje 2x5x2 sloupců s optickými konstantami.
Nejprve pro primární vzorek, poté pro sekundární.
Optické konstanty každého vzorku jsou uvedeny po materiálech v pořadí overlayer, film, transition layer, substráte, back-side layer.
A konečně každý materiál má dva sloupce: index lomu n, a extinkční koeficient k.
Všechny sloupce jsou vždy přítomny, pokud model neobsahuje některou vrstvu, sloupce obsahují nuly.
Optické konstanty lze extrahovat skriptem extractAD-oc .py, například:
extractAD-oc.py f+ out
sloučí spektrální závislosti optických konstant vrstvy (film) všech vzorků a všech měření v souboru out a zapíše je do souboru fl.nk (resp. podobným, podle toho, co se přesně doopravdy sloučilo).
$Id: software.tex 4551 2014-04-17 14:09:35Z yeti $