案例315.01：光栅起偏器的参数优化
 

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。
 

关键词：参数优化，光栅，起偏器，亚波长
 

所需工具箱：高级光栅工具箱

相关案例：100.01,101.01
 

相关教程和技术说明：Tutorial 101.01, TN.021
 

建模任务：
 

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。
 

优化目标：

—TE模偏振光的透过率最大化
 

—TM模偏振光的透过率最小化
 

优化函数：
 

—最小化TE的透过率 
 

—最小化偏振度（要求＞50:1） 

—使用力优先级使TE透过率的均匀误差最小化

优化的自由变量为：

—缝宽：10—190mm
 

—光栅深度：20—200nm
 

优化算法：
 

—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。

—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。
 

光路流程图和偏振分析器：
 

偏振光栅的光路流程图存储在文件“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_01”中。
 

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。

Parameter Run 的全局搜索：
 

Parameter Run文件存储在“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_02”中。
 

Parameter Run 设置
 

缝宽：10—19nm 步长10nm；
 

规划深度：20——200nm 步长10nm；
 

使用扫描模块进行所有参数的整合研究。
 

在自由参数模块中选择深度和缝宽。
 

使用扫描模块进行参数联合调查。

优化函数依据迭代次数进行显示：

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。
 

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。
 

参数构成：
 

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%；

局部参数优化：

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。
 

起始值为：缝宽：50nm，规划深度200nm；
 

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。
 

参数定义：

规划深度为20-200nm，权重1e20
 

缝宽10—190nm权重1e20
 

优化函数定义：
 

——TE效率最小值被最大化（全波段）
 

——偏振对比度大于50（全波段）
 

——均匀误差最小化，但对于通用优化函数只具有较低影响。

选择下山简法进行局部优化。
 

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。
 

优化好的光路流程图存储在“Scenario_315.01_Optimization_of_Grating_Polarizer_04”中。
 

优化过的参数为：
 

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%

结论：

偏振分析器允许评估偏振光栅的波长和角独立性。
 

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。
 

最后使用下山简法进行偏振光栅的局部参数优化。

QQ：2284816954 备注：光学