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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 |Z7bd^ d"d)<f
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。 bZOy~F| L$u&~"z- 在这个工作流程中,我们将使用3个软件进行不同的工作 ,以实现优化系统的大目标。首先,我们使用 Lumerical 构建光栅模型并使用 RCWA 进行仿真。其次,我们在 OpticStudio 中构建完整的出瞳扩展系统,并动态链接到 Lumerical 以集成精确的光栅模型。最后,optiSLang 用于通过修改光栅模型来全面控制系统级优化,以实现整个出瞳扩展系统所需的光学性能。 /<?X-IDz.{
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< 本篇文章分为上下两个部分(点此查看上部分) ,下将详细描述“第3步:优化设置的内容”。(联系我们获取文章附件) :7DVc&0 ^$Eiz. 概述 ZvnZ}t>? ZnhuIAAG 我们将首先在 Lumerical 和 OpticStudio 中构建仿真系统,它们是动态链接的。 %*Z2Gef?H Lx:9@3'7' 然后,OpticStudio 通过 Python 节点链接到 optiSLang 进行优化,如图1所示。 -< dMD_ +} ! F(c [attachment=118188] zWmo
OnK D917[<$ 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。 SE}RP3dF! \I,Dje/:w 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。 ^SSOh# Pl5NHVr [attachment=118189] x{`<);CQ d$pf[DJQo 图 2 光栅布局图以及光线在K空间的传播 @8M2'R\ .McoW7|Y 第3步:优化设置(optiSLang) }zS&H-8K dG~B3xg;5i 3-2.参数系统 |e-+xX|; 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。 wyzBkRg. q;a*gqt [attachment=118190] f({-j%m gl7vM 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”。 m2<
* 7F9g:r/^ [attachment=118191] 6!Ji>h.Ak >RqT7n8h 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”。 dt0E0i ~S=fMv^BR [attachment=118192] m6Cd^'J9^ ,a_{ Y+ 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。 10I`AjF0 OTHd1PSOu [attachment=118193] FZ.z'3I Pc;
14M 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 9oxf)pjw “\Parametric_solver_system\design_data”中,这是 Python 代码中指定的路径。 =|V]8 tN 4C9"Q,o%& [attachment=118194] E29gnYxu8 bvu<IXX=2 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。 b=
ec?n #7 )E~\H+FP6 [attachment=118195] %b%<g%@i A8Z?[,Mq! 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。 (kNTXhAr4 Cv(N5mA2 [attachment=118196] SU}oKii
/ *7fPp8k+Z; 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。 ihY^~ f5qHBQ [attachment=118197] O+Lb***b" }~~^ZtJ\ 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。 MG5Sn*(C rbZ6V : [attachment=118198] uZ?CVluP yr
9)ga% 3-3.(可选)设置并行计算 X%1.mTU~K 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。 s!fY^3 ~+iJpW [attachment=118199] $`dNl#G, 0?;Hmq3 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。 i|{nj\6w^ DMZ aMY| 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。 '2J6%Gg }'0Xz9/ l [attachment=118200] Mciq9{8& | |