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案例315.01：光栅起偏器的参数优化 |%F[.9Dp
8:j8> K*6 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。 4v+4qyMyE
>Q0HqOq 关键词：参数优化，光栅，起偏器，亚波长 x(e =@/ qp
R@=Bk(h 所需工具箱：高级光栅工具箱 *$ZLu jy7 L< MIl[z7 相关案例：100.01,101.01 1D
/{Y
qg;[~JZYKi 相关教程和技术说明：Tutorial 101.01, TN.021 #ii,GN~N
qb+vptg@I 建模任务： Nz+Jf57t
I' URPj:t 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。 7o$4ov;T
,UFr??ZKm
33O@jb s@ 优化目标： u!([m;
x| %N!2 _uk5 —TE模偏振光的透过率最大化 D`=hP( y^
Ybr&z7# 2 —TM模偏振光的透过率最小化 ,!"\L~6
;c5Q" 优化函数： Z3K~C_0Cnu
e[t +pnRh —最小化TE的透过率 b 469
lNSB "S —最小化偏振度（要求＞50:1） hJ0)"OA5
U?u0|Y+
 \lVX~r4 M[ea!an —使用力优先级使TE透过率的均匀误差最小化 XgUvg J
#D"fCVIS
 gB !K{ Io' z.f~wAT@< 优化的自由变量为： xF *C0B;QL $x&\9CRM —缝宽：10—190mm g ->cgExj
5b_[f ( —光栅深度：20—200nm F`9;s@V*
D m': D 优化算法： n/_cJD \
v%|()Z0 —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。 y Q>
*F —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。 T,h,)|:I^
$wa )e 光路流程图和偏振分析器： 6a G/=fq
pPcn
F`A 偏振光栅的光路流程图存储在文件“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_01”中。 ms'!E)
Pg Z~of& 对于给定的波长范围，偏振分析器被用来计算相关偏振方向的最大和最小值。并可以计算 和 的反射或透射的最大和最小值。像偏振对比度这样高级的优化函数也可以被计算出来。 Y? Yix kI974:e42 Parameter Run 的全局搜索： 6g@@ V=mf
>= Hcw Parameter Run文件存储在“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_02”中。 4a;8XAl
}Y(yDg;" Parameter Run 设置 tk5Bb`a
sa8Sy& X" 缝宽：10—19nm 步长10nm； !* wK4UcX"
=R)9_D6I 规划深度：20——200nm 步长10nm； 3\6 UH
<o5+*X 使用扫描模块进行所有参数的整合研究。 i]Or'L0c
~: ."BA 在自由参数模块中选择深度和缝宽。 _p vL b
x\j 6=| 使用扫描模块进行参数联合调查。 P)~P rTa% 优化函数依据迭代次数进行显示： F"9f6<ge -b-Pvw4 左图显示了最小化TE透过率，右图显示了最小化偏振对比度。 `Nnqdc2
T `46\KkN TE透过率和偏振对比度对于不同参数设置已经达到了最大化。 @p jah(i`
Ml8 '=KN_ 参数构成： kWL\JDZ`.
e[}R1/! L 缝宽50nm，规划深度200nm；最小TE透过率72.7%；最小偏振对比度62；TE透过率均匀误差7%； GeN8_i[ j r6)K;: .
局部参数优化： v/f&rK* >
t#mW`r GE_
使用局部参数优化的参数优化文件存储在“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_03”中。 JpDc3^B*
6C>x,kU
起始值为：缝宽：50nm，规划深度200nm； ;pdW7
fL4F
~@`9l
参数和优化函数被严格定义，以便在TE透过率，偏振对比度和TE透过率均匀误差之间找到平衡。 j3F[C:-zY
JMN1+:7i
 5:S fPAx
参数定义： @= )_PG
D .| h0gU
规划深度为20-200nm，权重1e20 &;7\/m*W1
( B$;'U<
缝宽10—190nm权重1e20 6sl*Ko[
< 2w@5qL
优化函数定义： uj_u j!
94"R&|
——TE效率最小值被最大化（全波段） ,WbO8#z+
c]O3pc U
——偏振对比度大于50（全波段） rWF~a ec
5nzk Zw
——均匀误差最小化，但对于通用优化函数只具有较低影响。 Mq]~Ka3q7
 Y+ P\5G
选择下山简法进行局部优化。 0Z#&!xTb
;5-Sn(G
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。 p_ =^E *J]
n G GYKI
>1xlP/4jx
优化好的光路流程图存储在“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_04”中。 4`)B@<
a;m- Vu!
优化过的参数为： z= vfP%
0*W=u-| s6
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% m6Q lIdl
,6,# Lc
结论： T>d-f=(9KH
o
<8L, u(U
偏振分析器允许评估偏振光栅的波长和角独立性。
Aki8#
#sy)-xM
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。 _OP75 kv
z^S=ji U++
最后使用下山简法进行偏振光栅的局部参数优化。 %1a\"F
