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案例315.01:光栅起偏器的参数优化 5B6:pH6e 10(N|2'q 这个案例说明了对于一个用于VIS光起偏的亚波长光栅的参数优化过程。 AsOI`@FV (X/JXu{ 关键词:参数优化,光栅,起偏器,亚波长 t|%ul6{gz ;7}*Xr| 所需工具箱:高级光栅工具箱 &/p9+gd [PT}!X7h 相关案例:100.01,101.01 E:AXnnGKO >b0}X)Z+U 相关教程和技术说明:Tutorial 101.01, TN.021 lKcnM3n
XT)@)c7j 建模任务: %o>1$f] LJ?7W,? 平面波入射周期为200nm的镀铬线性矩形光栅,基底为融石英,产生TE模的起偏。 hE${eJQ| U \Uiw:
, $1YnQgpT 优化目标: S3w? X +}]xuYzo —TE模偏振光的透过率最大化 qW*)]s)z [/FIY!nC? —TM模偏振光的透过率最小化 PYGHN
T oVdmgmT.Y 优化函数: zK v}J wbTw\b= —最小化TE的透过率 V.qB3V$ $|KbjpQ —最小化偏振度(要求>50:1) Jc*A\-qC. 8I%1
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>Uz3F7nHi wXe.zLQ —使用力优先级使TE透过率的均匀误差最小化 @xo9'M<l kN)P-![
{8eNQ-4I YRFM1?* 优化的自由变量为: \O56!,k gO29:L[t —缝宽:10—190mm 9"[#\TW9Vb YvonZ —光栅深度:20—200nm ]*).3<Lw !U@[lBW 优化算法: sNWj+T 0=NB[eG —使用Parameter run 进行一个全波长的全局搜索使得TE透过率的最大值最小同时使得偏振对比度的最大值最低。全局搜索不是强制的,但是它帮助确定在几个最大值和最小值之间确定优化参数的起始点。 YIfbcR5 —参数优化使用下山简法(局部优化)和模拟退火法(全局优化)。参数优化使得找到在偏振对比度和TE透过率之间的一种平衡。 z?7pn}- b$hQB090 光路流程图和偏振分析器: @>?&Mw\c (c;$^xZK 偏振光栅的光路流程图存储在文件“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_01”中。 >Gkkr{s9 .M04n\ 对于给定的波长范围,偏振分析器被用来计算相关偏振方向的最大和最小值。并可以计算 和 的反射或透射的最大和最小值。像偏振对比度这样高级的优化函数也可以被计算出来。 i9Qx{f88 uTQ/_$
Parameter Run 的全局搜索: 2!A/]:[F {B34^H: Parameter Run文件存储在“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_02”中。 =4G9ev
4 \%UA6uj Parameter Run 设置 "~tEmMz /p~gm\5Z 缝宽:10—19nm 步长10nm; *x$\5;A E=7~\7TE 规划深度:20——200nm 步长10nm; <S<(wFE@4 $%LjIeVA5 使用扫描模块进行所有参数的整合研究。 CQS34&G$a o}<}zTU 在自由参数模块中选择深度和缝宽。 )tB mSVprl Ef69]{E 使用扫描模块进行参数联合调查。 e tY9Pq 优化函数依据迭代次数进行显示: oE}1D?3Sp Rh iiQ 左图显示了最小化TE透过率,右图显示了最小化偏振对比度。 .pZwhb [E+#+-n7 TE透过率和偏振对比度对于不同参数设置已经达到了最大化。 ? r^+- qjuX16o 参数构成: 9M<{@<]dm `zF=h#i 缝宽50nm,规划深度200nm;最小TE透过率72.7%;最小偏振对比度62;TE透过率均匀误差7%; 0]&~ddL Ie4}F|#= 局部参数优化: 5TqX;=B q*8^938 使用局部参数优化的参数优化文件存储在“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_03”中。 '6WaG
hvO n>{>3? 起始值为:缝宽:50nm,规划深度200nm; SBs_rhe '~2;WF0h 参数和优化函数被严格定义,以便在TE透过率,偏振对比度和TE透过率均匀误差之间找到平衡。 Y6f0 ?lB z>~Hc8*]3 :`25@<*u G}d@^9FkE 参数定义: bmFnsqo lIz"mk
规划深度为20-200nm,权重1e20 1-4W4"# *22}b.) 缝宽10—190nm权重1e20 J"# o #~ |\J8:b>} 优化函数定义: j"hfsA<_I *s}dtJ ——TE效率最小值被最大化(全波段) pPUKx=d a~=$9+?w ——偏振对比度大于50(全波段) &Nl: l-g+E{ZM ——均匀误差最小化,但对于通用优化函数只具有较低影响。
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M ?"\X46Gz; yc?+L;fN 选择下山简法进行局部优化。 adRvAq]mA @Pb!:HeJE 左图显示了最小化TE透过率,右图显示了最小化偏振对比度。 `L /\F, '(4$h3-gv7 k%Jv%m}aB 优化好的光路流程图存储在“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_04”中。 y
~7]9?T lku}I4 优化过的参数为: eKsc [" fo@2@ 缝宽:46nm;规划深度200nm;最小化偏振对比度50;TE透过率的均匀误差7% {
<f]6 0j@gC0xu)| 结论: v@(Y:\> Ey4%N`H-^ 偏振分析器允许评估偏振光栅的波长和角独立性。 v47Y7s:uQ =J:6p-\* Parameter Run允许对参数空间进行全局搜索找到局部参数优化的合适起始点。 b S[;d5 E|P 最后使用下山简法进行偏振光栅的局部参数优化。 3=SIIMp7= }&M$ ckG`^< QQ:2987619807 (pJ-_w'G
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