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2023-05-26 16:08 |
Zemax & Lumerical | 二维光栅出瞳扩展系统优化
简介 %?Q< zmFS]IOv$ 本文提出并演示了一种以二维光栅耦出的光瞳扩展(EPE)系统优化和公差分析的仿真方法。 A [_T~+-G D<'G\#n3I= 在这个工作流程中,我们将使用3个软件进行不同的工作 ,以实现优化系统的大目标。首先,我们使用 Lumerical 构建光栅模型并使用 RCWA 进行仿真。其次,我们在 OpticStudio 中构建完整的出瞳扩展系统,并动态链接到 Lumerical 以集成精确的光栅模型。最后,optiSLang 用于通过修改光栅模型来全面控制系统级优化,以实现整个出瞳扩展系统所需的光学性能。 Nz>xilU' 4mvnFY} 本篇文章将分为上下两个部分。(联系我们获取文章附件) -oi@1g@ Y-+JDrK 概述 Ym?VF{e, {wD:!\5 我们将首先在 Lumerical 和 OpticStudio 中构建仿真系统,它们是动态链接的。 %-<6Z9otc ^t?vv;@} 然后,OpticStudio 通过 Python 节点链接到 optiSLang 进行优化,如图1所示。 mhI Q%W>m0% [attachment=118097] D*'sO B( vi]cl=S 图1 Lumerical 通过动态链接到 OpticStudio,OpticStudio 通过 Python 节点链接到 optiSLang,优化由 optiSLang 控制。 5!BW!-q
[IgqK5@ 如图 2 所示,EPE 系统包括两个用于耦入和耦出的光栅。耦出光栅分为几个区,如左侧所示。每个区都将经过优化,以具有不同的光栅形状。右图显示了光在 k 空间中的传播的变化情况。 KGGJ\r6 :xk+`` T [attachment=118098] ko"xR%Q U6#9W}CE 图 2 光栅布局图以及光线在K空间的传播 @w(X}q1 =1\mLI}@ 第 1 步:系统设置 (Lumerical) 8x-(7[#e<g ,I
H~ 打开附件中的 ZAR 文件时,两个光栅文件会被提取到设置的路径中。第一个光栅如图 3 所示,它是耦入光栅中使用的二元光栅。该光栅是固定的,在优化过程中不会改变。 +1^L35\@ K%UjPzPWw [attachment=118099] nF]zd%h EFv^uve 图 3 耦入光栅结构为二元光栅。 /4;Sxx- /vpwpVHIpG 第二个 .fsp 文件如图 4 所示,它是一个具有 7 个变量的平行四边形柱体。在优化期间,耦出中的每个区都将使用不同的变量组合集进行优化 。有关优化设置的更多信息将在优化设置部分中进行说明。 =s9*=5r 8 K5F;/KR" [attachment=118100] (9b%'@A@m thz[h5C?C 图 4 耦出光栅中的结构为平行四边形支柱。 [x'D+! vy-q<6T}:p 这两个.fsp文件都是用动态链接的形式在 OpticStudio 中用于模拟完整的EPE系统。 rDGrq9 #'n.az=1 第 2 步:系统设置(OpticStudio) `6(Zc"/
\m ^fE8|/]nG9 如图5所示,在该系统中,准直光束入射到耦入光栅上,通过波导传播,并与第二个光栅耦合。眼盒位于第二个光栅的较远部分。优化的目标是优化眼盒接收的均匀性和总功率。 :<HLw.4O z
pDc~ebh [attachment=118101] WM7LCP ! F<::fN 图 5 初始EPE系统和眼盒辐照度。 Ii<k<Bt, &Zjs 在附件中有一个 OpticStudio 中建立的整个EPE系统的 zar 文件。如图 6 所示,仅构建了第二个光栅一半的区域。这是因为系统具有对称性。从图 7 可以看出,探测器的参数镜像设置为 1,这意味着在光线追迹期间,将始终对-x和+x部分进行镜像。这样一来,我们可以只用一半的光线获得相同的模拟结果。 cPkP/3I]h ibLx'< [attachment=118102] bXA%|7* RKp9[^/? 图 6 OpticStudio 中的 EPE 系统设置。 ([#'G+MC& | |