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2023-05-31 10:56 |
Zemax & Lumerical | 二维光栅出瞳扩展系统优化(下)
简介 gZLP\_CL 0J?~N`#O| 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。 o*DN4oa) q;<h[b? 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。 Cnbz=z #0ETY\}ZD 本篇文章分为上下两个部分(点此查看上部分) ,下将详细描述“第3步:优化设置的内容”。(联系我们获取文章附件) Sz^
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tNGp\~ 概述 r<K(jG[:{f 4 !y%O 我们将首先在 Lumerical 和 OpticStudio 中构建仿真系统,它们是动态链接的。 3pv4B:0 MYla OT 然后,OpticStudio 通过 Python 节点链接到 optiSLang 进行优化,如图1所示。 Y( 3Bp\6 R]OpQ[k [attachment=118188] AtdlZ k p<OJy 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。 7w'wjX- [x9KVd ^d 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。 x$1]M DAGb BRlT7grgq [attachment=118189] Pa~)"u8 p?B=1vn-2 图 2 光栅布局图以及光线在K空间的传播 vg3=8># +)y^'Qs 第3步:优化设置(optiSLang) a"FCZ.O1 lrv3fPIW 3-2.参数系统 &K.?p2$X 准备好 Python 代码后,我们就可以开始在 optiSLang 中进行优化了。第一步是在 optiSLang 中打开一个空文件,拖动求解器向导,放入 scenery 中,然后选择 Python 集成。 kuol rfGB MC<PM6w [attachment=118190] S-k8jm $lLz3YS 如下所示,会弹出向导窗口 ,显示 Python 代码。我们将首先通过右键单击变量(如 clen1)来设置参数,然后选择用作参数。我们将对从 clen1 到 power 的所有变量执行此操作。如下所示,所选变量将显示为左列“参数”。 n}'=yItVL1 $u9K+>. [attachment=118191] *Eo?k<:zPm KO]T<R
h< 设置完参数后,我们应该测试 Python 代码是否可以成功运行。为此,我们应该打开 OpticStudio 并打开交互式扩展模式,如下所示。然后在求解器向导中,我们可以单击向下箭头并选择“Test run with inputs”,如下所示。如果它运行良好,您应该看到,在 OpticStudio 窗口中,交互式扩展的对话框将显示为“已连接”。 ~nrK>% w,h`s.AN [attachment=118192] Cq'KoN%nQ qMLD)rL 如果测试运行失败,其中一个可能的原因是 Python 环境不对。用户可以更改设置,如下所示,以查看是否可以解决问题。 =K6($|'= kg'o&^/= [attachment=118193] z"0I>gl ?)u@Rf9> 计算完成后(在我们的测试中大概需要 13 分钟),我们应该在日志中看到消息“Manual test run successfully processed”,如下所示。现在,如果我们转到***.opd文件夹(可以通过右键单击系统头并选择“show working directory”轻松访问),我们可以找到辐照分布被导出到文件夹 Ed_N[I
“\Parametric_solver_system\design_data”中,这是 Python 代码中指定的路径。 ||;hciO @>p<3_Y1 [attachment=118194] ](&{:>RNJ ;`^WGS(3.% 类似于对参数的设置,我们可以对结果做相同的操作。在这里,我们将右键单击 Python 代码中的变量“Uniformity”, “Contrast”, 和 “TotalPower”然后选择“Use as response”。然后,这 3 个变量将在 Responses 的右侧列中显示。 ~g5[$r-u-u
8DegN,? [attachment=118195] W3 'q\+ ~},=OF-b 向导的下一页要求用户定义每个参数的参考值和范围。参考值将只遵循我们在上一步中设置参数时的定义。范围由设计师决定,没有标准参考值。用户可以在下载链接中查看随附的 optiSLang 文件,作为在优化过程中确定范围的参考。请注意,此范围是绝对的。在优化过程中,参数不会突破边界。这与 Zemax OpticStudio 优化的设置不同。 N7O-2Z * &ge "x{,? [attachment=118196] MBqt&_?K C!fMW+C@ 在向导的下一页中,我们需要根据给定的响应设置条件。如下图所示,我们可以将响应拖到底部以设置约束或目标。在这种情况下,我们设置了 3 个目标,以最小化对比度、均匀性以及最大化总功率。我们还可以为对比度和总功率设置 2 个约束来告诉 optiSLang,避免一些极端情况,即结果是均匀的,而总功率极低,或者相反的情况。 ;*:Pw?' n
p\TlUc [attachment=118197] go'-5in( MM(xk 最后一页不需要操作。单击“完成”按钮后,工作区中将显示参数系统。 )pq;*~IBI 4A_[PM [attachment=118198] 8C67{^`:: "x 3lQ 3-3.(可选)设置并行计算 {=F/C,- 本节中的操作不是必须的。在这里,我们将展示如何在 optiSLang 端设置并行计算以加快优化速度。如果用户拥有多个 Lumerical FDTD 求解器许可证,则可以考虑这样做。要进行此设置,第一步是右键单击参数化系统块,选择“编辑”,然后将极限最大值并行设置为6或任何不大于 8的数字或 Lumerical FDTD 求解器许可证的总数量,如下所示。 k + H3Bq =y0C1LD+ [attachment=118199] Sgp;@4`M k3)dEH1z 注意我们需要做同样的事情来右键单击 Python 节点并选择“编辑”。要设置详细信息,我们需要首先单击右上角的汉堡标记,检查属性和占位符,然后单击“确定”按钮。然后我们可以将最大并行设置为6,如下所示。请注意,我们还需要在窗口的下部将最大值并行设置为6。如果先设置此参数,上面的 MaxParallel 也会自动更改,但仔细检查它是否按预期设置更安全。 ?XA2& $shoasSuI 最后,建议检查 “Retry execution”,将重试次数设置为 20,并将尝试间隔延迟设置为 1000 毫秒。此设置可避免 optiSLang 尝试访问具有 1 个以上线程的同一 OpticStudio 实例的争用条件。 A^)?Wt%* a{
?`t| [attachment=118200] $`)/0{qY- rvXWcu -" 如果并行设置是多个,在运行 optiSLang 时,我们还需要打开相同数量的 OpticStudio 实例,那么 optiSLang 可以为每个实例创建一个线程。 kPF9Z "l my4giC2a 3-4.灵敏度以及优化设置 A?-oL=' 下一步是设置灵敏度分析。一般来说,灵敏度分析是一种找出对响应影响最大的最重要参数的方法,并生成显示响应和参数变化之间关系的最佳元模型,以更好地了解系统行为。 M#As0~y UN]f"k& | |