TEMPROFILE (5.0)
ガイドブックレーザー入射の多層膜温度分布シミュレーションソフトウエア

MM Research, Inc

2000 年 6 月
訳
東京工業大学名誉教授

辻 内 順 平Copyright ©1989-1998 by MM Research, Inc.

All rights reserved

目 次
まえがき…………………………………………………………………………………ii
TEMPROFILE のハードディスクへのインストール………………………………………….iv
1

序論（Introduction）…………………………………………………………………………..1

2

多層膜の構造の詳細（Specifying the Multilayer Structure）…………………………..2

3

レーザービームの特定（Specifying the Laser Beam）……………………………………5

4

TEMPROFILE の計算ユニット（Functional Units of TEMPROFILE）……………..95

入力と出力（Input and Output）………………………………………………………….10

6

Test Run の使い方……………………………………………………………………………13
6.1

Test Run1……………………………………………………………………………...13

6.2

Test Run 2 ……………………………………………………………….……………29

索引………………………………………………………………………………………………….36

i

まえがき
本書は、動くレーザービームが多層膜に入射したときの温度分布を計算するソフトウエア”TEMPROFILE” Ver. 5.0 の”Guide to Program”の翻訳である。
このソフトウエアは、多層膜に入射したレーザービームが多層膜における光の吸収と熱拡散を考慮しながら、温度分布を Windows 95/98 または Windows NT で計算するものであって、レーザービームが走査する場合の運動するビームについての計算も、パソコン上で簡単に実行できる。
本ソフトウエアは、米国アリゾナ大学光学研究センターの Masud Mansuripur 教授が開発したものであって、米国、欧州の大学、研究所、企業などで広く使われている。
このソフトウエアは、Mansuripur 教授自身が磁気光学記録を専門としているため、特に磁気光学薄膜を含む多層膜についての温度分布の計算を一つの大きな目的としているので、この分野の研究者、技術者に良く知られている。
このたび、Mansuripur 教授の要請もあって、（株）コメッツがわが国においてこのソフト
ウエアを紹介することとなったが、ガイドブックが英語で書かれていて分かりにくいとの意見も多いので、同教授の了解のもとに翻訳を行った。ソフトウエアに添付されている英文ガイドブックの補助としてお使い頂ければ幸いである。もし、誤訳、記述の誤りなどを発見された場合は、ご遠慮なくご指摘頂き、署名の下に書いた e-mail 宛ご連絡頂ければ幸いである。皆様のご協力によって、より使いやすいガイドブックとしたいと考えている。
英文ガイドブックには、ソフトウエアの解説と共に、本ソフトウエアの使用例が Test Run
として収録されているが、これを実行されるのがこのソフトウエアを理解するのに最良の方法である。原著には、ごく簡単な解説と、処理に伴って作られる SESSION.DAT のファ
イルの一部、結果を表示するグラフが紹介されているので、これらを参考にしながらプロ
グラムを実行されることをお勧めする。その際、実行の補助にでもなればと思って、訳者自身で実行した際のメモを、 Test Run の使い方 として収録したので、ご覧頂ければ幸いである。
原著には、著者の原著論文 1 編が参考文献として収録されていて、このソフトウエアの理論的根拠となっているが、この翻訳は断念した。興味のある方は、原著をお読みいただきたい。

ii

原著には索引は無いが、使用の便宜を考えて索引を新設した。索引には、プログラムに使われている略語のコマンド、ファイル名などから引きやすいように配慮した。また、Test
Run の 使 い 方 に つ い て も 索 引 が 使 え る よ う に し た が 、 こ の 文 中 に 引 用 さ れ て い る
SESSION.DAT ファイルに含まれる用語を含めると非常に煩雑となるため、このファイル
は索引の対象から除外したことをご容赦いただきたい。
本書は、見やすく、また改訂が容易に実行できるように、PDF ファイルとして作成し、CD-ROM として配布することとした。PDF ファイルを開くには、Adobe AcrobatTM が必要となるので、そのファイルも添付した。コンピューターに表示しながらご覧になっても良いし、プリントしたテキストとしてお使いいただいても良い。
終わりに、本書の翻訳を承諾され、種々の助言を頂いた Mansuripur 教授、本書の翻訳を提案され、各種の便宜を提供され、また終始適切な助言と激励を頂いた（株）コメッツ代
表取締役米澤成二氏に厚く御礼申し上げる。
2000 年 6 月 8 日

辻

内

順

平

jumpei.tsujiuchi@physics.org

iii

TEMPROFILE のハードディスクへのインストール
パーソナルコンピューター（486 またはそれより高性能の PC）で、MS-DOS の環境で
TEMPROFILE を起動するには、まずハードディスクへプログラムをインストールしなけ
ればならない。これは、次のような簡単な 3 つのステップで完了する。
１）TEMPROFILE のプログラムディスクを 3.5”フロッピーディスクドライブ（例えばドライブ A）に挿入する。
２）ハードディスクに新しいディレクトリー（例えば C:¥TEMPROF）を作る。
３）フロッピーディスクの全ファイルをこの新しいディレクトリーにコピーする。
註：TEMPRIFILE は、32bit の Microsoft FORTRAN コンパイラーでコンパイルされているので、拡張メモリーを必要とする。インストール作業の一環として、DOS 拡張ルーチンの DOSXMSF.EXE と DOSXNT.386 をハードディスクの作業ディレクトリーにコピーしなければならない。もし、これらのファイルを他のディレクトリーに移動したときには、Pathに そ の デ ィ レ ク ト リ ー を 指 定 し て い る こ と を 確 か め ら れ た い 。 Windows の 中 のDOS-Prompt で TEMPROFILE を動かすときには、Windows ディレクトリーの中にある
SYSTEM.INI ファイルに 1 行追加しなければならない。それには、適当なエディターを使い、SYSTEM.INI を開き、[386Enh]セクションに
device=c:¥temprof¥dosnxt.386の 1 行を挿入されたい。この device command は TEMPROFILE が C:ドライブのディレク
トリーにコピーされていることを前提としている。もし、プログラムがのホームディレク
トリーにインストールされている場合、または DOSXNT.386 ファイルを最初のディレクト
リーから移動した場合には、上のコマンドに正確なアドレスを添えなければならない。

重要： プログラムを起動させる前に、コンピューターのコントロールパネルから「画面」を開き、「設定」の中でカラーを High Color(16 ビット)にセットすること。設定がTrue Color(32 ビット)になっていると、Guiding Information Window の内容が表示されないし、Graphic Window も働かない。

iv

1.

序論 (Introduction)

TEMPROFILE は動くレーザービームが入射した多層膜の温度分布を計算する Fortran を基礎としたプログラムである。多層膜における光の吸収と熱拡散、および幾つかの応用の計算に用いた解析･計算技術の詳細は、このマニュアルの最後に引用している参考文献に述べられている。特に参考文献２および３は計算の理論の詳細を述べているので、付録ＡおよびＢとして収録した。
このプログラムを実行するには、DOS-Prompt で TEMPRO とタイプし、モニターに現れるすべての質問に答えれば良い。TEMPROFILE が出す質問は、率直で答えやすい。しかし、分り難いと思ったときは、添付してある計算例や、Test Run を参照すれば良い。
モニターの上に最初に現れるメッセージを次に示す。
おなじようにAll characters entered from the keyboard must be in upper case. Please press the
CAPS LOCK key now, and leave it in that position during the entire session.
キ−ボードから入力する文字はすべて大文字でなければなりません。直ちに CAPSLOCK キーを押し、固定してください。
同じように、プログラムはそれぞれの段階で何をなすべきかの指示を与え、計算に必要なパラメーターの入力を求める。計算中に得られた情報は、データファイルとして作業ディ
レクトリーに保存される。これらのファイルの幾つかは、単なるテキストファイルで、例
えば計算過程の記録、多層膜の構造、レーザービーム、メッシュの大きさなどを記録する。
他のファイルは、曲線を描くためのデータであって、描画のためにグラフィックソフトへ送られる1。
TEMPROFILE で扱う物理量とそれらの記号、単位は Table 1 に表示してある。屈折率と吸収係数は通常組み合わされて、複素屈折率 ( n, κ ) として表示される。TEMPROFILE で用いられる表示法では、吸収係数 κ の値は常にゼロに等しいか、ゼロより大きい (κ ≥ 0) 。
以後の章では、このプログラムの種々の特性を紹介する。

TEMPROFILE のインストールディスクには、簡単な描画プログラム GRAPHICS.EXEが含まれている。このプログラムは、DOS-prompt でその名前をタイプすればスタートでき、TEMPROFILE で作られたデータでグラフを描く事が出きる。しかし、他の専門的なグラフィックソフトを使えば、更に良い結果が得られる。

1

1

量
時間
長さ
パワー
温度
屈折率
吸収係数
比熱
熱伝導率
熱拡散率
熱損失係数

記号

t
r , x, y, z
P
T
n
κ
C
K
D
γ

単位
Nanosecond
Nanometer
Milliwatt
Degree Celsius
Dimensionless
Dimensionless
Joule/cm3/℃
Joule/cm/sec/℃
Cm2/sec
１/cm

Table 1 物理量の単位
２．多層膜の構造の詳細 (Specifying the Multilayer Structure)
Fig.1 は直交座標 XYZ で表した多層膜構造である。基板は第 0 層で、基板のすぐ上にある層が第１層、以下同様である。それぞれの層は、厚さ z 、複素屈折率 ( n, κ ) 、比熱 C 、および熱伝導率 K で同定される。プログラムの現行の Version では、99 層（基板は含まない）
まで設定できる。
TEMPROFILE は、入射ビームの XY 面内分布は回転対象で、多層膜の構成層は等方性（光学的並びに熱的）であると仮定してある。このため、これらの計算における離散的メッシ
ュは、Fig.2 に示すように、半径（ｒ）、垂直（ｚ）および時間（ｔ）方向にに３次元構造を持っている。したがって、計算時間を節約するために、方位角方向（φ）は無視している。プログラムの早い段階で次のメッセージが現れる。
In order to allocate sufficient memory for the arrays,TEMPROFILE needs to know
the number of layers in the multilayer stack, NLYR, and the mesh dimensions inadvance.(Radial, vertical and temporal dimensions of the mesh are IMAX, JMAX
and KMAX.) Enter upper bounds on these parameters.
アレイのために充分なメモリーを割り当てるために、TEMPROFILE はあらかじめ多層膜の層数 NLYR と、メッシュのサイズ（半径方向、垂直方向、および時間に対してそれぞれ IMAX, JMAX, および KMAX で表される）を知る必要があります。これらのパラメーターの最大値を入力して下さい。
プログラムはこれらの最大値をメモリーの割り当てに使う。これ以後、ユーザーがメッシ
ュを指定すると、実際のサイズはこれらの最大値より小さくなり、現在の段階ではこの最大値より大きくする事はできない。必要とするメッシュサイズは前もって決めなければならないので、パラメーターの最大値はできるだけ実際のサイズに近く選ぶべきである。こ2

うすると、過大なメモリーの無駄な割当を避けることができる。

Fig.1

N 層の多層膜構造。最後の層は Z = 0 にあり、基板と第 1 層との境界面は

Z = z1 + z 2 + ... + z N の位置である。ここに、 zi は i 番目の層の厚さである。入射ビームはガウス分布で回転対称、速度 V で+X 方向に動く。ユーザーは入射方向を選択できるので、ビームは基板側から入射してもよいし、図に示すように多層膜の表面から入射してもよい。

多層膜の構造に関するパラメーター、入射ビームのパラメーター、およびメッシュのサイズは始めにキーボードで入力する。これらのパラメーターは作業ディレクトリーにあるデータファイルに記録され、その後のプログラム実行時に TEMPROFILE に読みこまれる。
このとき次のメッセージが出て、ユーザーに作業を促す。

3

You may enter the structure parameters directly from the keyboard or,alternatively, import them from a file such as XXXX.SYS which must residewithin the working directory. Press RETURN for the keyboard option, or else,
enter the file name.
多層膜の構造に関するパラメーターは直接キーボードから入力するか、または作業
ディレクトリーに置いた XXXX.SYS のようなデータファイルから読み込むことができます。キーボード入力を選択するときは RETURN、データファイルを選択す
るときはそのファイル名を入力してください

もし、キーボード入力を選んだ場合には、その入力データをデータファイルとして記録し、将来の使用に役立てることができる。それに関するメッセージは次の通りである。

You have the option to save the structure parameters (which you are about toenter) in a file such as XXXX.SYS within the working directory. To refuse thisoption press RETURN, otherwise enter the desired filename.
これから入力するパラメーターを XXXX.SYS のようなデータファイルに記録して、作業ディレクトリーに置くことができます。この必要がないときは RETURNを、そうでないときはファイル名を入力してください。

註：データファイルを記録するという option を拒否したとしても、TEMPROFILE は自動的に JUNK.STR というデータファイルを記録する。このファイルは、次のセッションで予告なしに上書きされてしまうが、保存しておきたいときにはファイルの名前を変えるか、外のディレクトリーへ移せばよい。

4

Fig.2

TEMPROFILE で用いられるメッシュの模形図。多層膜は等方性で入射ビームは回転対象であるため空間座標は r と Z だけである。メッシュは r 方向に IMAX セル、Z 方向に JMAX
セルである。これらの方向の物理的な延長はそれぞれ Rmax および Zmax である。時間は TAU のステップとして区別され、時間軸に対する最大数は KMAX、計算できる最大の時間は tmax である。

3. レーザービームの特定 (Specifying the Laser Beam)
レーザービーム（真空中の波長＝λ0）は、回転対称なガウス分布で強度が 1/e となる半径をｒ0 とする。すなわち、XY 面におけるビームの強度分布の断面は、Fig.3(a)に示すように、[]

exp − (r r0 ) に比例する2。Fig.1 に示すように、ビームは基板側から入射してもよいし、
2

表面側から入射してもよい。どちらの場合でも、ビーム直径は多層膜の厚さ全体を通して一定と考えている3。ビームは+X 方向に一定速度 V で動き、t = 0 の時間の原点は（X = 0, Y= 0）に存在する。レーザーのパワーはユーザーによって選択され、Fig.3(b)に示すように、

2ビームの 1/e 振幅半径は 2 r0 ≅ 1.4142r0 で与えられ、その強度の半値全幅（FWHM）は3

ガウスビームの waist point が多層膜の丁度中間点、すなわち Z = 1 2 ( z1 + z 2 + ... + z N ) にあ

(2 ln 2 )r ≅ 1.6651r で与えられる。
00る場合を考える。ビームの直径が waist diameter の 10％以内に留まっている Z の範囲は、≅ ±1.44 r0 λ0 となる。このようにして、もし多層膜の全体の厚さがこの値より小さいときは、
2

この近似は受け入れることができる。また、TEMPROFILE はガウスビームを多層膜に垂直に入射し、その空間周波数成分を無視できる単一平面波として取り扱うことを注意されたい。もっと正確な方法は、入射ビームの斜め平面波成分を考慮し、すべてのこのような成分に対する多層
膜内の吸収を考えればよい。しかし、ここで採用した近似は実際に使われるほとんどの場合について成り立つと考えてよい。

5

任意の時間関数 P (t ) で表される。
TEMPROFILE は多層膜の中における温度の分布を 2 段階で計算する。最初の段階では、
短い矩形波パルス（理想的には衝撃パルス）による分布が計算され、データファイルに記録される。このファイルは、このシステムの”impulse-response”を記録していることになる。
第 2 段階では、レーザーのパルス形状 P(t)が短い衝撃パルスの重ね合わせとして考えられ、
impulse-response function をずらして重ね合わせることによって、目的とする温度分布が計算される。ユーザーは、Fig.4 に示すように、レーザーのパルスをその高さ(PWR)、長さ(TAU)を明らかにして、特定しなければならない。ユーザーは TAU を NSTEP サブインタ
ーバルに分割し、熱吸収と拡散の方程式をΔt = TAU/NSTEP のステップを用いて解き、
TAU の整数倍の時間毎に impulse-response function を記録すればよい。
ユーザーはレーザーのパルスの形状をキーボードから、あるいはデータファイルを読み込んで入力することができる。次のメッセージはユーザーに、この選択を促す
You may enter the laser pulse shape directly from the keyboard or, alternatively,
import it from a file such as XXXX.PLS which must reside within the working
directory. Press RETURN for the keyboard option, or else, enter the desired filename.
レーザーパルスの形状は直接キーボードから、あるいは作業ディレクトリーにおいた
XXXX.PLS のようなファイルによって読み込むことができる。キーボードを選択するときは RETURN、データファイルを選択するときはそのファイル名を入力してください。

もし、キーボード入力を選んだ場合、ユーザーはデータファイルを作り、将来の再計算に使うことができる。これに対応するメッセージは次のとおりである。

You now have the option to save the laser pulse shape (which you are about toenter) in a file such as XXXX.PLS with the working directory. To refuse this option,press RETURN, otherwise enter the desired filename.
これから入力するレーザーパルスの形状は、作業ディレクトリーにある XXXX.PLS というデータファイルに記録されます。それをやりたくないときには RETURN をおし、
データファイルを記録したいときにはファイル名を入力してください。
註： データファイルを記録する option を拒否した場合でも、TEMPROFILE は自動的にデータを JUNK.PLS と言うファイルに記録している。このファイルは、次のプログラム実

6

行のとき警告なしに上書きされるので、もし保存しておきたいときには、次の演算が始まる前に、ファイル名を変えるか、別のディレクトリーへ移しておいた方がよい。

Fig.3.（a）多層膜の内部におけるレーザービームの空間的強度分布。回転対称のガウス分布であって 1/e 点の半径は r0 である。(b) レーザービームの時間的変化 P(t)。この関数は隅点（ti, Pi）
で特定される断片的な線形関数の組み合わせである。

レーザーパルス形状 P(t)は、(t = 0, P = 0)から tmax = KMAX* TAU に至る連続で断片的な線形関数の組み合わせである。この関数は、P(t)の corner point に対応する数の組み合わせ（t, P）によって特定される。Corner point の座標を入力するたびに、次の corner pointの入力を促される。このプロセスは、ｔの入力値が tmax に等しいか、それを超えるまで続けられる。
Corner point は(t = 0, P = 0)から始まって、順次入力しなければならない4。順次に入力するというやり方に違反して入力した corner point は無視される。例えば、Fig.5 に示すレーザーパルスでは、corner point は Table 2 に表示してある。特に原点にある(0, 0)点が（その存在が何の問題も起さないとしても）表にないことに注意されたい。また、最後の点(100,0)は、パルスの終わり(t = 18 nsec)と tmax（ここでは ≤ 100 ns ）の間で P(t)がゼロである
ことをプログラムに示すために必要である。
原点にある corner point, すなわち(t = 0, P = 0)は、はっきりと分からなくても、自動的に存在するものと仮定する。
47

Fig.4

レーザー光の狭い矩形パルスは、コンピューターシミュレーションでは「衝撃」を表すものとして使われる。この「衝撃」は、TAU の持続時間を持ち、PWR という一定のパワーレベ
ルを持っている。間隔 TAU は P(t)の変化が続く時間に比べて充分小さくなければならない。しかし、PWR は任意であり、適当な値に固定してよい。熱拡散方程式の離散的積分では、Δt の間における最大拡散距離が r-z 空間におけるメッシュのセルの大きさ以下に留まっているように、
時間ステップΔt は充分小さくなければならない。このため、TAU を NSTEP 個の等しい間隔に分割し、方程式をΔt=TAU/NSTEP の時間ステップで積分することができるようになってい
る。

Fig.5

典型的なレーザーパルス P(t)。このパルスの corner point は Table 2 に表示してある。

8

Time (nsec)
2
5
5
7
7
9
9
11
11
13
13
16
18
100
Table 2

Power (mW)
5
5
10
10
5
5
10
10
5
5
3
3
0
0

Fig.5 に示したレーザーパルスの corner point の座標

4. TEMPROFILE の計算ユニット (Functional Units of TEMPROFILE)
プログラムは 2 つの計算ユニット(functional unit)を持っている。第 1 のユニットでは、短い矩形波パルス（衝撃波）のレーザーに対して、多層膜の熱反応を計算する。このimpulse-response は、ユーザーが命名する（XXXX.IMP）のような作業ファイルに記録される。次のようなメッセージが現れ、ユーザーに保存のため、および将来 impulse responseを使うときのためにファイル名をつけることを要請する。

Impulse response is stored in/retrieved from XXXX.IMP. Enter XXXX.
Impulse responseは XXXX.IMP というファイルに記録され、このファイル名で読み出すことができます。ファイル名 XXXX を入力してください。

プログラムで impulse-response を計算するためには、ユーザーは多層膜の構造、その光学的および熱学的定数、ガウスビームのパラメーター、離散的メッシュの特性に関する質問に答えなければならない。しかし、impulse-response についての作業ファイルができているときには、プログラムの最初の部分は飛ばしても良い。このときは、ユーザーは作業フ
ァイルの名前を入力し、第 2 ステップに進めばよい。Impulse-response を計算するか、または既存のファイルを読み出すかについては、次のようなメッセージが現れる。

9

Compute impulse response for the system of interest or retrieve it from
XXXX.IMP (COM/RET) ?
Impulse-response を計算しますか、あるいは XXXX.IMP のファイルから読み込
みますか（COM/RET）？

プログラムの第 2 の計算ユニットは、impulse-response 関数を適宜ずらしたり、重ね合わせたりしながら、温度分布を計算するものである。ここで、ユーザーはレーザーパルスの形 P(t)、ビームの移動速度 V、描画するカーブのタイプについての質問に答えなければならない。描画の種類は次のようである。
（１）X 軸方向の温度分布（Y, Z, 時間固定）（２）Y 軸方向の温度分布（X, Z, 時間固定）（３）Ｚ軸方向の温度分布（X, Y, 時間固定）（４）時間に対する温度分布（X, Y, Z 固定）（５）XY 面内における等温度線（Z, 時間固定）
描画する曲線のタイプを選んだら、ユーザーは曲線のパラメーターに関する補足の質問に答えなければならない。この後、目的の曲線が計算され、2 つのファイルに記録される。
一つは横軸に相当する数値列、他の一つは縦軸に相当する数値列である。例えば、上のリストで（4）を選んだとすると、2 つのファイルはそれぞれ TIME.DAT と TTnn.DAT となるであろう。ここに、nn は曲線に対応して選んだ 2 桁の数字である。同様に、（５）を選んだ場合には、それぞれの曲線に対するファイルは XInn.DAT および YInn.DAT となり、
XInn に対する YInn をプロットすると等温度線となる。
5. 入力と出力（Input and Output）
TEMPROFILE の実行が終わる度に、SESSION.DAT という情報の入出力記録が、データファイルとして記録される。セッションの記録として、このファイルをプリントすればよい。キーボードからの入力でも、データファイルからの読み込みでも、すべての入力パラ
メーターはこの SESSION.DAT に記録されている。SESSION.DAT によって、種々の曲線を描画するためのデータがどのファイルに入っているかを知ることができる。

10

Warning: Each new run of TEMPROFILE will automatically overwrite theexisting SESSION.DAT, if any, within the working directory. Therefore, if acopy of this file needs to be saved, the user must rename the file or transfer
it out of the working directory in advance of starting a new session.
注 意 ： TEMPROFILE を 実 行 す る と 、 作 業 デ ィ レ ク ト リ ー に あ る
SESSION.DAT は自動的に上書きされてしまいます。したがって、もしこのファイルのコピーが必要でしたら、新しいセッションが始まる前に、ファイル名を変えるか、あるいは作業ディレクトリーの外へ移動しておいて下さい。

プログラムの実行が終わると、結果を示す曲線を描画するための一組のデータファイル（たとえば TIME.DAT、および TT01.DAT）が記録される。最初のファイルは横軸のデータ点を、第 2 のファイルが縦軸のデータ点を記録している。これから曲線を描くためには、
TEMPROFILE の イ ン ス ト ー ル デ ィ ス ク に 入 っ て い る 簡 単 な 描 画 プ ロ グ ラ ム
GRAPHICS.EXE を使えばよい。あるいは他の適当な描画ソフトウエアを用いても良い。
Fig.6 は TEMPROFILE で作られるデータファイルの一覧表である。

11

XXXX.IMP

XXXX.SYS

XXXX.PLS

TIME.DAT

Y.DAT

Z.DAT

XInn.DATYInn.DAT

TTnn.DAT

TXnn.DATTYnn.DAT

TZnn.DAT

Xnn.DAT

Fig.6

SESSION.DATTEMPROFILE によって作業ディレクトリーに作られるすべてのファイル。Impulse

response 関数は、バイナリーファイル XXXX.IMP に記録される。テキストファイル XXXX.SYS
は多層膜の構造パラメーター、入射ビームの特性、およびメッシュパラメーターを含んでいる。
レーザーパルスの形状はテキストファイル XXXX.PLS に記録されている。曲線を描くためのASCII ファイルは、TIME.DAT と TTnn.DAT のような一組のファイルに記録されている。ｎnは曲線を特定するための 2 桁の数字である。温度分布のデータファイルは、TXnn.DAT,
TYnn.DAT, TZnn.DAT に記録され、横軸のデータ点は、Xnn.DAT, Y.DAT, および Z.DAT に記録されている。
（レーザービームは X 軸に沿って動くので、X 軸に対する異なった曲線の描画にはそれに対応するファイルが必要となる。したがって、X 軸に対する特定番号 nn を用意している。）等温度線は XInn.DAT と YInn.DAT に記録されている。最後に、セッションの記録はSESSION.DAT である。

12

6. Test Run の使い方
TEMPROFILE の使い方を良く理解するためには、Test Run を試みるのが効果的である。
このｶﾞｲﾄﾞブックには 2 つの Test Run が収録されているので、それを実際に試みてその使い方を解説する事とした。
6.1 Test Run 1
このシミュレーションは、
プラスチックの基板に、厚さ 32nm のアルミニウム層、厚さ 72nmの SiO2 層、厚さ 12nm の TbFeCo 層、厚さ 100nm の SiO2 層の 4 層からなる多層膜である。
レーザービームは多層膜の表面から入射し、1/e 半径は 350nm である。レーザーパルスの
形状は、60ns の継続時間、10ns の上昇および下降時間をもつ梯形状である。この 4 層膜について熱伝導効果を計算する。
TEMPROFILE を起動すると、まず単位に関する情報が出る。すなわち、計算に使うパラメーターの単位は、長さは nm、時間は ns、パワーは mW で表される事が表示される。
次いで、作業ディレクトリーの名前を入力するように求められる。例えば「TR01」と入力
すると、これを作業ディレクトリーとする事の確認があるので、Ｙを押す。すると、これからの演算で生成されるすべてのデータファイルはこのディレクトリーに作られ、また計算で必要とするデータファイルが予め作られているときは、このディレクトリー内に移しておくことが注意される。
ここで画面が変わって、次の 4 つの option が選択できるようになる。
Impulse-response を計算する。
（COMP）
温度分布を計算する。(TEMP)
データファイルを描画する。(PLOT)プログラムを終了する。(QUIT)
ここでは、COMP と入力し、Impulse-response を計算する。
ここで多層膜のパラメーターを入力するが、キーボードから直接入力する場合は RETURN、
XXXX.SYS のようなデータファイルから読みこむ場合はそのファイル名を入力する。ここでは RETURN を押して、キーボード入力を選択する。
すると、入力したパラメーターを XXXX.SYS というデータファイルとして記録したい場合には、その名前 XXXX を入力する。記録の必要がないときには、ただ RETURN を押せば良い。

13

ここで入射ビームの入射方向が質問される。入射ビームが表面（T）から、または基板側（B）
からの区別を入力する。ここでは表面を選び T を入力する。
画面が変わって、基板の複素屈折率（n,ｋ）を入力する。ここでは、プラスチック層の(1.46,0)を入力する。さらに、比熱 C と熱伝導率 K が要求されますので、1.7, 2.4 と入力する。
層数についての質問があるので、４と入力する。ここから、各層のパラメーターの入力が続く。まず第 1 層(アルミニウム)についてその厚さ Z と、複素屈折率(n,k)を入力する。ｚ＝32, (n,k)=(1.2, 6.9)である。また、比熱 C＝2.7, 熱伝導率 K＝2.4 である。
このような入力が第 4 層まで続く。ここでは、結果のみ記す。
第 2 層（SiO2）

Z = 72, (n, k) = (1.5, 0), C = 2, K = 0.015

第 3 層（TbFeCo）

Z = 12, (n, k) = (3.1, 3.5), C = 2.6, K = 0.16

第 4 層（SiO2）

Z = 100, (n, k) = (1.5, 0), C = 2, K = 0.015

この入力が終わると、表面層の熱損失係数（heat loss factor）GAMMA = 0 を入力する。
ここで画面が変わり、入射ビームの分布とパルス特性の質問に移る。まず、作業ディレク
トリーの確認があって、次に入射ビームの分布が、ガウス分布（G）か、ユーザーが定義した形状（U）かを聞くので、G と答える。
次は、波長（LAMBDA）と、強度が 1/e となる半径（R0）を聞いてくるので、632.8, 350と答える。さらに入射”impulse”パワー（POWER）とパルスの全継続時間(TAU)を要求されるので、1, 1 と入力、最後に計算ステップ数(NSTEP)を５と入力する。
画面が変わって、メッシュ特性の入力である。多層膜の全厚みが 216nm との確認があり、半径方向の格子サイズ（RMAX）と間隔（DLTAR）を入力する。それぞれ、2000, 25 である。この入力を受けて、IMAX = 80 になるが、受け入れますか？との質問があり、Yes と答える。今度は垂直の格子サイズ（ZMAX）と間隔（DLTAZ）を聞いて来るので、400, 4と 答 え る と 、 JMAX=100 に な る が ど う か と の 質 問 が あ り 、 同 様 に Yes 。 今 度 は
impulse-response を時間間隔（0, TMAX）の間，TAU の間隔で計算するとして、その TMAXを入力する。TMAX = 100 と入力すると、今選んだ(TMAX, TAU)で KMAX=100 となるが、よいかとの質問があり、Yes。ここで、impulse-response を記録するファイル名 XXXX.IMPの XXXX を入力するように求められる。ここでは TR01 とする。
こうすると、ここで impulse-reesponse の計算が始まり、その結果が TR01.IMP というフ

14ァイルに記録されたとの報告がある。これで、impulse-response の計算が終了する。
画面が変わって、再び option 選択の画面となる。次は、温度分布（TEMP）を選択する。
すると、impulse-response を呼び出すためのファイル名 XXXX.IMP が求められるので、今作ったばかりのファイル名 TR01 を入力する。
次に画面が変わり、レーザーパルスの形状が必要となる。キーボードから入力するか、既存のデータファイル XXXX.PLS を指定せよとの問いかけがあるので、キーボード入力を希望して RETURN を押す。すると、これから入力するパルス形状は、XXXX.PLS というフ
ァイルに記録されっることとなるが、それが不要な場合は RETURN、記録しておきたい場
合はそのファイル名を入力する。ここでは、TR01 とする。
レーザーパルスの形状の入力である。まず第 1 点は(0,0)であることが確認され、第 2 点 (t,P)=(10,2) を入力する。以下、第 3 点(50,2)、第 4 点(60, 0), 第 5 点（100, 0）を入力して形状の coorner points が終了する。
次に、+X 軸方向のビームの運動速度（V）を入力するが、ここでは 0 とする。ここで画面が変わって、種々の温度分布の表し方を選択する。これには、次の 7 個の option がある。
XY 面内における等温度線（Z、時間固定）（ISOS）
X 軸方向の温度分布（Y、Z、時間固定）（TVSX）
Y 軸方向の温度分布（X、Z、時間固定）（TVSY）
Z 軸方向の温度分布（X、Y、時間固定）（TVSZ）
時間に対する温度変化（X、Y、Z 固定）（TVST）
データファイルの描画（PLOT）

Main menu へ戻る（QUIT）

この中から希望の option を選ぶ。例えば、Z 軸方向の温度分布を求めるときには、TVSTと入力し、固定する X, Y, 時間を入力する。例えば X = 0, Y = 0, T = 48 とおくと、データ
ファイルの識別番号を聞いてくるので 01 と入力すると、Z.DAT と TZ01.DAT のファイルができる。
同様にして、時間 T ＝ 60, T = 100 についても計算し、TZ02.DAT、TZ03.DAT ができる。
これを PLOT で描画すれば良い。
次に、ここ Test Run の SESSION.DAT の print out を掲載する。

15

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ TEMPROFILE 5.0
File SESSION.DAT $$$$ Date: 05/15/2000
Time: 18:12$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Units: Length = nanometer, Time = nanosecond, Power = milliwatt***************************************************************
Designated Working Subdirectory: <TR01>***************************************@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Setup for impulse-response computation@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Multilayer characteristics:***************************
Semi-infinite substrate:(n,k)=( 1.46000,.00000)C= 1.70000 K= 2.40000

LAYER # 1:

Z=

32.0

(n,k)=( 1.20000, 6.90000)
C= 2.70000 K= 2.40000

LAYER # 2:

Z=

72.0

(n,k)=( 1.50000,.00000)C= 2.00000 K= .01500

LAYER # 3:

Z=

12.0

(n,k)=( 3.10000, 3.50000)
C= 2.60000 K= .16000

LAYER # 4:

Z=

100.0

(n,k)=( 1.50000,.00000)C= 2.00000 K= .01500

Heat loss factor from top surface: GAMMA=.00E+00

Incident beam characteristics (Surface incidence):****************************************************
Radial Intensity Profile: Gaussian
LAMBDA= 632.8
R0=
350.0
POWER= 1.0000
TAU= 1.0000
NSTEP=****************************************************
Mesh characteristics:*********************
RMAX= 2000.00 DLTAR=
ZMAX=
400.00 DLTAZ=
TMAX=
100.00
TAU=

25.00
4.00
1.00

IMAX=
JMAX=
KMAX=

Characteristic parameters of the multilayer, theincident beam, and the mesh are saved in TR01.SYS*************************************************

16

80
100
100

5

The impulse response function is saved in TR01.IMP**************************************************@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Generating Temperature Profile(s)@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@The impulse-response function is read from TR01.IMP***************************************************
Laser pulse shape:******************(Saved in TR01.PLS)

Time
****

Power
*****

10.00
50.00
60.00
100.00

2.00
2.00
.00
.00

Beam velocity =.00 meters/sec (along +X axis)************************************************
Profile(s) of temperature versus Z at fixed X,Y,T:**************************************************
Profile for X=.00, Y=Z.DAT and TZ01.DAT.00, Time=

48.0000 is saved in

Profile for X=.00, Y=Z.DAT and TZ02.DAT.00, Time=

60.0000 is saved in

Profile for X=.00, Y=Z.DAT and TZ03.DAT.00, Time= 100.0000 is saved in

End of session: TEMPROFILE terminated normally**********************************************
Fig. 1 Test Run 1 は上記の TZ01.DAT, TZ02.DAT, TZ03.DAT を Z.DAT を横軸にして描画したものである。

17

TEMPERATURE
200

150

Temperature

48 nsec
60 nsec

100

100 nsec

50

0
0

100

200

300

Z mm
Fig.１Test Run 01

18

Z 方向の温度分布400また、多層膜の構造パラメーターを記録したデータファイル TR01.SYS は次のようになっている。これは、テキストファイルなので、適当なエディターで編集して、次回の演算に使うことができる。
!@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ #!
@@ TEMPROFILE 5.0 File TR01.SYS @@#!
@@ Date: 05/15/2000
Time: 18:12 @@#!
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@#!
#! Notes:#!
#!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!#$#
Top/Bottom incidence: T#$#
Substrate's index (n,k):1.4600000.00000000#
Thermal constants (C,K): 1.7000000
2.4000000#$#
Number of layers: 4#$#
Layer 01: Thickness,n,k:32.000000
1.2000000
6.9000000#
C,K: 2.7000000
2.4000000#$#
Layer 02: Thickness,n,k:72.000000
1.5000000.00000000#
C,K:
2.0000000
1.50000000E-02#$#
Layer 03: Thickness,n,k:12.000000
3.1000000
3.5000000#
C,K:
2.6000000.16000000#$#
Layer 04: Thickness,n,k:100.00000
1.5000000.00000000#
C,K:
2.0000000
1.50000000E-02#$#
Heat loss factor (GAMMA):.00000000#$#
Incident beam profile: Gaussian#
Lambda,R0:
632.80000
350.00000#
Impulse: POWER,TAU,NSTEP: 1.0000000
1.0000000
5
#
$
#
Mesh:
RMAX,DLTAR: 2000.0000
25.000000#
ZMAX,DLTAZ:
400.00000
4.0000000#
TMAX:
100.00000#!@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ #19さらに、レーザーパルスの形状は、TR01.PLS というデータファイルに記録されている。これはパルス形状を示すカーブの corner point (t, P)を表にしたもので、キーボードに入力したものをそのまま記録している。

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@#!
@@ TEMPROFILE 5.0
File TR01.PLS @@#!
@@ Date: 05/15/2000
Time: 18:12@@#!
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@#!
#! Notes:#!
#! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !#Point on pulse (t,P):
10.000000
2.0000000#
Point on pulse (t,P):
50.000000
2.0000000#
Point on pulse (t,P):
60.000000.00000000#
Point on pulse (t,P):
100.00000.00000000#!@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ #次は、温度の時間特性を求める。一旦終了した TEMPROFILE を再び起動して、作業ディレクトリーを TR01 と設定する。すると、このディレクトリーは既に存在しているが、それを作業ディレクトリーに選んでよいかとの確認があり、Yes と答えると、SESSION.DATは SESSION.000 と改名し、新しく SESSION.DAT を作り始めることがアナウンスされる。
Option 選択の画面になるので、温度分布を作る（TEMP）を選ぶ。すると、impulse-responseのファイルを要求されるので、TR01 と入力して、先程の session で作った TR01.IMP を読みこむ。
続いて、レーザーパルスの形状を求められるので、これも先程作った TR01.PLS を指定して読みこむ。画面には TR01.PLS の内容が表示され、確認できる。ただし、修正はできない。次いで、ビーム速度を指定する。これも先程と同じ V = 0 とする。
画面が変わって、温度分布の計算メニューが出るので、温度の時間変化（TVST）を選択する。まず、分布を求める Z の値を入力する。リストから Z = 108 を選ぶ。しばらく計算が続き、次に X, Y の値を入力する。これもリストから X = 0, Y = 0 と選ぶ。この結果はTIME.DAT と TT01.DAT の二つのファイルに記録される。
画面には、同じタイプで別の温度分布を求めるかどうかを聞いてくるので、Yes と答えると、
Z=108 は固定され、新しい X, Y を要求される。そこで、X = 175, Y = 0 と入力すると、この結果は TT02.DAT に記録される。TIME.DAT は先程と共通である。

20

さらに、別の点の計算を行う。次は、X = 0, Y = 350 とする。Z ＝ 108 は固定である。結果は TT03.DAT に記録される。
同様にして、X=525, Y=0, X=700, Y=0, X=875, Y=0, X=350, Y=0 の場合を計算する。
結果はそれぞれ TT04, TT05, TT06, TT07 に記録される。これで session を終わり、QUIT
で最初の option 選択に戻る。
ここで、TEMPROFILE の描画機能を使って曲線を描いて見る。PLOT を入力すると、X
軸用のデータファイルを要求されるので、TIME.DAT を指定する。次いで Y 軸のデータフ
ァイルを、TT01.DAT と指定する。すぐに画面が変わって、X = 0,Y = 0 に対する曲線が描かれる。もしこの曲線で良ければ RETURN、スケールの変更を希望するときには、新しい
Xmin, Xmax, Ymin, Ymax を入力すれば、新しいスケールによる曲線が表示される。ただし、いずれの場合にも、XY 両軸にスケールが表示されないので、別に記入する必要がある。
RETURN を押すと、同じ座標軸で別の曲線を描くかどうか聞かれるので、重ね書きをする
ときは Yes、そうでないときには No を押す。No で描画 option が終わり、今描いた曲線を
BMP ファイルで保存するときはその名前、保存の必要がないときは RETURN を押す。こ
こでは TT01.BMP として保存することとした。あとは、QUIT で終了すれば良い。
さらに完全な曲線を描くときには、適当なグラフィックソフトを利用すると良い。ここでは、手元にあった The Graph Ver.5.0 を使ってここで得られた曲線を重ね描画した。

21

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ TEMPROFILE 5.0
File SESSION.DAT $$$$ Date: 05/16/2000
Time: 10:16$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Units: Length = nanometer, Time = nanosecond, Power = milliwatt***************************************************************
Designated Working Subdirectory: <TR01>***************************************@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Generating Temperature Profile(s)@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@The impulse-response function is read from TR01.IMP***************************************************
Laser pulse shape:******************(Imported from TR01.PLS)

Time
****

Power
*****

10.00
50.00
60.00
100.00

2.00
2.00
.00
.00

Beam velocity =.00 meters/sec (along +X axis)************************************************
Profile(s) of temperature versus TIME at fixed X,Y,Z:*****************************************************
Profile for X=.00, Y=
TIME.DAT and TT01.DAT.00, Z=

108.00 is saved in

Profile for X=
175.00, Y=
TIME.DAT and TT02.DAT.00, Z=

108.00 is saved in

Profile for X=.00, Y=
TIME.DAT and TT03.DAT

350.00, Z=

108.00 is saved in

Profile for X=
525.00, Y=
TIME.DAT and TT04.DAT.00, Z=

108.00 is saved in

Profile for X=
700.00, Y=
TIME.DAT and TT05.DAT.00, Z=

108.00 is saved in

Profile for X=
875.00, Y=
TIME.DAT and TT06.DAT.00, Z=

108.00 is saved in

Profile for X=
350.00, Y=
TIME.DAT and TT07.DAT.00, Z=

108.00 is saved in

22

@@@@@@@@@@@@@@@@
Graphics Routine@@@@@@@@@@@@@@@@
TT01 versus TIME is plotted in Graphics Window
Graphics Window is saved to TT01.BMP
End of session: TEMPROFILE terminated normally

TEMPERATURE
200

X=0nm
X=175nmTemperature (degree C)

150

X=350nm
X=525nm
X=700nm
X=875nm

100

50

0
0

20

40

60

80

Time (nsec)

Fig.2

Test Run 0123

温度分布の時間変化

100

次に、等温度線を求める。これは、先程求めた温度の時間特性とほとんど同様の手筈で求めることができる。SESSION.DAT を次に表示する。
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ TEMPROFILE 5.0
File SESSION.DAT $$$$ Date: 05/17/2000
Time: 09:23$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Units: Length = nanometer, Time = nanosecond, Power = milliwatt***************************************************************
Designated Working Subdirectory: <TR01>***************************************@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Generating Temperature Profile(s)@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@The impulse-response function is read from TR01.IMP***************************************************
Laser pulse shape:******************(Imported from TR01.PLS)

Time
****

Power
*****

10.00
50.00
60.00
100.00

2.00
2.00
.00
.00

Beam velocity =.00 meters/sec (along +X axis)************************************************
Isotherms in the XY plane at fixed Z and T:*******************************************
Isotherm at Z=
108.00, T= 50.00 is saved in XI01.DAT and YI01.DAT(Temperature= 160.00
MAX.TEMP= 164.59 at X=.00, Y=0)
Isotherm at Z=
108.00, T= 50.00 is saved in XI02.DAT and YI02.DAT(Temperature= 140.00
MAX.TEMP= 164.59 at X=.00, Y=0)
Isotherm at Z=
108.00, T= 50.00 is saved in XI03.DAT and YI03.DAT(Temperature= 120.00
MAX.TEMP= 164.59 at X=.00, Y=0)
Isotherm at Z=
108.00, T= 50.00 is saved in XI04.DAT and YI04.DAT(Temperature= 100.00
MAX.TEMP= 164.59 at X=.00, Y=0)
Isotherm at Z=

108.00, T=

50.00 is saved in XI05.DAT and YI05.DAT
24

(Temperature=

80.00

MAX.TEMP= 164.59 at X=.00, Y=0)

End of session: TEMPROFILE terminated normally**********************************************
これから描いた等温度線を示す。原マニュアルの Test Run では T=180℃の曲線が描かれているが、この演算では最高温度が 164℃であるため、160℃以下の曲線しか描けなかった。

300

200

100

160
140

0

120
-100

100
-200

-300
-300

-200

-100

0

100

200

300

また、X 軸および Y 軸に対する温度の分布も計算することができる。SESSION.DAT とグ
ラフを次に掲げる。

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ TEMPROFILE 5.0
File SESSION.DAT $$$$ Date: 05/17/2000
Time: 10:07 $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Units: Length = nanometer, Time = nanosecond, Power = milliwatt***************************************************************
Designated Working Subdirectory: <TR01>***************************************@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Generating Temperature Profile(s)@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@The impulse-response function is read from TR01.IMP25

***************************************************
Laser pulse shape:******************(Imported from TR01.PLS)

Time
****

Power
*****

10.00
50.00
60.00
100.00

2.00
2.00
.00
.00

Beam velocity =.00 meters/sec (along +X axis)************************************************
Profile(s) of temperature versus X at fixed Y,Z,T:**************************************************
Profile for Y=.00, Z=
X01.DAT and TX01.DAT

108.00, Time=

10.0000 is saved in

Profile for Y=.00, Z=
X02.DAT and TX02.DAT

108.00, Time=

20.0000 is saved in

Profile for Y=.00, Z=
X03.DAT and TX03.DAT

108.00, Time=

30.0000 is saved in

Profile for Y=.00, Z=
X04.DAT and TX04.DAT

108.00, Time=

40.0000 is saved in

Profile for Y=.00, Z=
X05.DAT and TX05.DAT

108.00, Time=

50.0000 is saved in

Profile(s) of temperature versus Y at fixed X,Z,T:**************************************************
Profile for X=.00, Z=is saved in Y.DAT and TY01.DAT

108.00 and Time=

10.0000

Profile for X=.00, Z=is saved in Y.DAT and TY02.DAT

108.00 and Time=

20.0000

Profile for X=.00, Z=is saved in Y.DAT and TY03.DAT

108.00 and Time=

30.0000

Profile for X=.00, Z=is saved in Y.DAT and TY04.DAT

108.00 and Time=

40.0000

Profile for X=.00, Z=is saved in Y.DAT and TY05.DAT

108.00 and Time=

50.0000

End of session: TEMPROFILE terminated normally**********************************************

26

Temperature along X
200

Temperature(degree C)

10ns
150

20ns
30ns
40ns

100

50ns

50

0
-1200

-800

-400

0

X (nm)

27

400

800

1200

Temperature along Y
200

10ns

Temperature (degree C)

150

20ns
30ns
40ns
100

50ns

50

0
-1200

-800

-400

0

Y (nm)

28

400

800

1200

6.2

Test Run 2

Test Run の第 2 例は、やはり 4 層膜で、基板側から入射したレーザービームに対する計算である。Test Run 1 とほとんど同様に計算が行われるため、計算手順の詳細は Test Run 1
をご覧頂きたい。
TEMPROFILE を起動すると、作業ディレクトリーの名前を要求されるので、TR02 と入力する。次に計算の option の選択に移り、Impulse response の計算(COMP)を選ぶ。そのために、多層膜のパラメーターを入力する必要があるが、ここではキーボード入力を選ぶた
め RETURN を押し、つぎにその入力を記録するファイルの名前を TR02.SYS と特定する。
最初に、ビームの入射方向が質問され、表面(T)か、基板(B)かを選択する。ここでは、はじめの設定によって、B を選ぶ。次に、基板の複素屈折率 n を入力する。(n=1.53)。続いて、
比熱 C と熱伝導率 K を C=2.6, K=0.01 と入力する。
続いて、多層膜の層数(NLYR)を４と入力すると、以下１−４層のパラメーターの入力が続く。各層のパラメーターは次のとおりである。
（既定値）
第 1 層、Z=75, (n,k)=2,0, C=2.5, K=0.02
第 2 層、 Z=25, (n,k)=3.67, 3.86, C=3.5, K=0.5
第 3 層、

Z=60, (n,k)=2, 0), C=2.5, K=0.02

第 4 層、 Z=40, (n,k)=2.7, 8.3), C=2.4, K=2.4
これらの入力が終わると、表面層からの熱損失係数 GAMMA が質問されるが、これは 0 とおく。
次は入射ビームである。ガウス型か、ユーザー定義かを聞かれるので、ガウス(G)と答える。
また、波長と 1/e 強度半径は LAMBDA=830, R0=560、さらに impulse power と継続時間
を POWER=1.0, TAU=1.0 とおき、TAU の分割数 NSTEP=5 とおく。
次はメッシュの特性である。多層膜の厚さは 200nm である事が表示されている。
Radial lattice size と間隔を、RMAX=6000, DLTAR=50 とおくと、これにより IMAX=120となったが、これで良いかとの確認がある。Yes を入力。
縦方向の lattice size と間隔を、ZMAX=600, DLTAZ=5 とおくと、これにより JMAX=120となったが、これで良いかとの確認がある。Yes を入力。
ここで、（0, TMAX）の間で TAU のステップで impulse response を計算することが表示さ

29

れ、TMAX を入力する。100 を選ぶ。これにより選んだ(TMAX, TAU)で KMAX=100 となることが報告され、これで良いかとの確認がある。Yes と入力。これで impulse-responseが計算されるので、そのファイル名を要求されるので、TR02.IMP と特定する。1ns 毎の計算が続き、その結果は TR02.IMP に記録される。
ここで画面が変わり、再び計算の option 選択となる。今度は温度プロファイルの計算(TEMP)を選ぶ。すると、impulse-response のファイル名を要求されるので、今計算したばかりの TR02.IMP を指定する。つぎにレーザーのパルス波形が必要となる。キーボード入力を行うので RETURN を押し、その入力データを記録するファイル名 TR02.PLS を指定する。
パルス波形は、(t,P)の形で入力する。この値は、あらかじめ与えられているので、それを入力する。
ここで、プロファイルの選択画面になるので、X,Y,T 固定による Z に対する温度分布を計算する。それには TVSZ と入力すれば良い。すると、X,Y,T の値が要求されるので、まず 0,0,10とおく。すると、横軸が Z.DAT、縦軸が TZ01.DAT のファイルに記録される。
さらに計算を続けるかと聞かれるので、Yes とおき、次の X,Y,T を 0,0,50 と入力する。この結果は、Z.DAT と TZ02.DAT に記録される。さらに、X,Y,T を 0,0,60 とおくと、同様に計算が行われ、Z.DAT と TZ03.DAT に記録される。これで計算を終わる。
Z 方向の温度分布曲線の計算が終わると、プロファイル計算の option 選択に戻る。
一旦 QUIT で終了してから、改めて COMP を選ぶ。すると、impulse-resoonse のファイル名を要求されるので、TR02.IMP と入力する。つぎに、レーザーパルスのファイル名を求められるので、TR02.PLS と入力する。
次に、+x 方向のレーザーの走査速度 m/s が求められるので、10m/s とおく。
ここで、XY 面の等温度線を求める。ISOS と入力すると、まず深さ Z を入力する。ここでは Z=115 と選ぶ。しばらく計算時間があって、次は時間 T である。T=10 とおき、温度を125 とおくと、XI01.DAT と YI01.DAT にデータが記録されたことを示す。
さらに計算を続け、温度 125 で、T=20, 30, 40, 50 と変化させて計算を行うと、その結果は
そ れ ぞ れXI02.DAT,YI02.DAT 、 XI03.DAT,YI03.DAT 、 XI04.DAT,YI04.DAT 、

XI05.DAT,YI05.DAT の 4 組のファイルに記録される。
これらのファイルは、市販のグラフィックソフト（ここでは The Graph Ver.5.0）によって、30

描画することができる。TEMPROFILE 付属の描画 option（PLOT）を使っても良いが、座標軸のスケール表示ができないので、別にメモをする必要がある。

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ TEMPROFILE 5.0
File SESSION.DAT $$$$ Date: 06/07/2000
Time: 11:31$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Units: Length = nanometer, Time = nanosecond, Power = milliwatt***************************************************************
Designated Working Subdirectory: <TR02>***************************************@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Setup for impulse-response computation@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Multilayer characteristics:***************************
Semi-infinite substrate:(n,k)=( 1.53000,.00000)C= 2.60000 K= .01000

LAYER # 1:

Z=

75.0

(n,k)=( 2.00000,.00000)C= 2.50000 K= .02000

LAYER # 2:

Z=

25.0

(n,k)=( 3.67000, 3.86000)
C= 3.50000 K= .50000

LAYER # 3:

Z=

60.0

(n,k)=( 2.00000,.00000)C= 2.50000 K= .02000

LAYER # 4:

Z=

40.0

(n,k)=( 2.70000, 8.30000)
C= 2.40000 K= 2.40000

Heat loss factor from top surface: GAMMA=.00E+00

Incident beam characteristics (Substrate incidence):****************************************************
Radial Intensity Profile: Gaussian
LAMBDA= 830.0
R0=
560.0
POWER= 1.0000
TAU= 1.0000
NSTEP=****************************************************
Mesh characteristics:*********************
RMAX= 6000.00 DLTAR=
ZMAX=
600.00 DLTAZ=

50.00
5.00
31

IMAX=
JMAX=

120
120

5

TMAX=

100.00

TAU=

1.00

KMAX=

100

Characteristic parameters of the multilayer, theincident beam, and the mesh are saved in TR02.SYS*************************************************The impulse response function is saved in TR02.IMP**************************************************@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Generating Temperature Profile(s)@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@The impulse-response function is read from TR02.IMP***************************************************
Laser pulse shape:******************(Saved in TR02.PLS)

Time
****

Power
*****

.00
50.00
50.00
100.00

10.00
10.00
0.00
.00

Beam velocity =.00 meters/sec (along +X axis)************************************************
Profile(s) of temperature versus Z at fixed X,Y,T:**************************************************
Profile for X=.00, Y=Z.DAT and TZ01.DAT.00, Time=

10.0000 is saved in

Profile for X=.00, Y=Z.DAT and TZ02.DAT.00, Time=

50.0000 is saved in

Profile for X=.00, Y=Z.DAT and TZ03.DAT.00, Time=

60.0000 is saved in

等温度線を描くための SESSION.DAT を次に示す。
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ TEMPROFILE 5.0
File SESSION.DAT $$$$ Date: 06/07/2000
Time: 09:42$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Units: Length = nanometer, Time = nanosecond, Power = milliwatt***************************************************************
Designated Working Subdirectory: <TR02-2>*****************************************32

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Setup for impulse-response computation@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Multilayer characteristics:***************************(Imported from TR02.SYS)
Semi-infinite substrate:(n,k)=( 1.53000,.00000)C= 2.60000 K= .01000

Layer # 1:

Z=

75.0

(n,k)=( 2.00000,.00000)C= 2.50000 K= .02000

Layer # 2:

Z=

25.0

(n,k)=( 3.67000, 3.86000)
C= 3.50000 K= .50000

Layer # 3:

Z=

60.0

(n,k)=( 2.00000,.00000)C= 2.50000 K= .02000

Layer # 4:

Z=

40.0

(n,k)=( 2.70000, 8.30000)
C= 2.40000 K= 2.40000

Heat loss factor from top surface: GAMMA=.00E+00

Incident beam characteristics (Substrate incidence):****************************************************
Radial intensity profile: Gaussian
LAMBDA= 830.0
R0=
560.0
POWER= 1.0000
TAU= 1.0000
NSTEP=****************************************************
Mesh characteristics:*********************
RMAX= 6000.00 DLTAR=
ZMAX=
600.00 DLTAZ=
TMAX=
100.00
TAU=

50.00
5.00
1.00

IMAX=
JMAX=
KMAX=

The impulse response function is saved in TR02.IMP**************************************************@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Generating Temperature Profile(s)@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@The impulse-response function is read from TR02.IMP***************************************************
Laser pulse shape:******************(Imported from TR02.PLS)

Time
****

Power
*****

33

120
120
100

5

.00
50.00
50.00
100.00

10.00
10.00
.00
.00

Beam velocity = 10.00 meters/sec (along +X axis)************************************************
Isotherms in the XY plane at fixed Z and T:*******************************************
Isotherm at Z=
115.00, T= 10.00 is saved in XI01.DAT and YI01.DAT(Temperature= 115.00
MAX.TEMP= 134.44 at X=
75.31, Y=0)
Isotherm at Z=
115.00, T= 20.00 is saved in XI02.DAT and YI02.DAT(Temperature= 125.00
MAX.TEMP= 174.06 at X=
149.06, Y=0)
Isotherm at Z=
115.00, T= 30.00 is saved in XI03.DAT and YI03.DAT(Temperature= 125.00
MAX.TEMP= 196.68 at X=
242.50, Y=0)
Isotherm at Z=
115.00, T= 40.00 is saved in XI04.DAT and YI04.DAT(Temperature= 125.00
MAX.TEMP= 211.75 at X=
342.50, Y=0)
Isotherm at Z=
115.00, T= 50.00 is saved in XI05.DAT and YI05.DAT(Temperature= 125.00
MAX.TEMP= 222.70 at X=
429.38, Y=0)
End of session: TEMPROFILE terminated normally**********************************************

これらのファイルで描かれた Z 方向の温度分布、並びに Z=115nm における 125 度の当温度線の時間変化を次の図に示す。

34

Temperature

Temperature (degreeC)

250

200

T=10ns150

T=50ns100

T=60ns

50

0
0

100

200

300

400

500

600

Z (nm)

Isotherms
1,000
800
600
400

T=10ns200

T=20ns0

T=30ns-200

T=40ns
T=50ns

-400
-600
-800
-1,000-1,000-800 -600 -400 -2000

200 400 600 800 1,000

35

索引
COMP …………………………………13,30

Y.DAT ……………………………………..12

Corner point ……………………….7,8,9,20

YInn.DAT ……………………………..10,12

DOS-Prompt………………………………..1

Z.DAT …………………………..12,15,17,30

FWHM ……………………………………...5

Zmax …………………………………5,14,29

GRAPHICS.EXE ……………………...1, 11

温度分布 ..1,6,10,12,13,15,18,20,23,30,34

IMAX ………………………………2,5,14,29

吸収係数 ………………………………….1,2

Impulse-response …6,9,10,13,14,15,20,30

計算ユニット …………………………..9,10

ISOS ……………………………………15,30

多層膜 …….1,2,3,4,5,6,7,9,12,13,14,19,29

JMAX ……………………………...2,5,14,29

等温度線 …………….10,12,15,24,25,30,32

JUNK.PLS …………………………………6

熱拡散率 ……………………………………2

KMAX …………………………..2,5,7,14,30

熱損失係数 ………………………….2,14,29

NSTEP ………………………………..6,8,29

熱伝導率 …………………………….2,14,29

PLOT ……………………………….15,21,31

比熱 ………………………………….2,14,29

PWR …………………………………………8複素屈折率 ………………………..1,2,14,29

QUIT ……………………………….15,21,30

レーザーパルス 6,7,8,9,10,12,13,15,20,30,

Rmax ………………………………...5.14.29
SESSION.DAT …10,11,12,15,20,24,25,32
TEMP ………………………………….15,20
TIME.ＤＡＴ………………..10,11,12,20,21
Tmax …………………………..5,7,14,29,30
TTnn.DAT …………………………….10,12
TVSX ………………………………………15
TVSY ………………………………………15
TVSZ …………………………………..15,30
TXnn.DAT ………………………………..12
TYnn.DAT ………………………………...12
TZnn.DAT ………………………………...12
Waist diameter …………………………….5
Waist point …………………………………5
XXXX.PLS …………………………..6,12,15
XXXX.IMP …………………..9,10,12,14,15
XXXX.SYS …………………………..4,12,13
XInn.DAT ……………………………..10,12
Xnn.DAT ………………………………….12

36