光柵和襯底的折射率為1.8，光柵被空氣包圍，周期為393nm。光柵將被優(yōu)化為將550nm波長的光傳輸?shù)焦鈻诺?1級。我們將使用RCWA求解器來定義仿真參數(shù)并運(yùn)行和優(yōu)化仿真。

步驟1：內(nèi)耦合光柵的優(yōu)化

該步驟將使用Lumerical內(nèi)置的粒子群優(yōu)化（PSO）算法對SRG的傾斜角、填充因子和光柵高度進(jìn)行了優(yōu)化，以最大限度地將550nm波長的S偏振傳輸?shù)?1光柵級。

初始設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果顯示大約56%垂直入射的S偏振光被傳輸?shù)焦鈻诺?1級。然后將使用軟件的優(yōu)化功能優(yōu)化光柵幾何結(jié)構(gòu)以提升該數(shù)值?！皁ptimization”對象包括SRG的傾斜角度、填充因子和光柵高度，傳輸?shù)絊偏振的光柵-1級的能量被用作品質(zhì)因數(shù)（FOM）。設(shè)定如下所示：

優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)中光柵-1級的衍射效率約為94.7%。需要注意的是，這種類型的光柵的FOM[1]可以具有多個局部最大值。雖然內(nèi)置的PSO工具是一種方便的快速優(yōu)化方法，但可以使用更先進(jìn)的優(yōu)化方法來充分探索參數(shù)空間。

步驟2：完整表征和數(shù)據(jù)導(dǎo)出

光柵優(yōu)化是利用來自光柵上方的垂直入射光來進(jìn)行。然而，一旦選定了優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)，就必須針對光線追跡仿真中預(yù)期的入射角范圍以及前后方向計(jì)算完整的光柵特性。

首先，在RCWA中做如下參數(shù)設(shè)置：

• propagation direction: both

• incident angle: range

• minimum theta: 0

• maximum theta: 85

• theta points: 18

• minimum phi: 0

• maximum phi: 360

• phi points: 37

如上設(shè)置，針對前向和后向的指定入射角范圍計(jì)算了優(yōu)化的SRG的S參數(shù)。然后，這些結(jié)果被導(dǎo)出為LSWM JSON格式，該文件適合使用腳本文件導(dǎo)入到Speos或Zemax中。

要查看如何在Speos中使用此JSON文件的范例，請參閱Zemax Lumerical Speos 聯(lián)合實(shí)現(xiàn)衍射光波導(dǎo)AR系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真。

參考文獻(xiàn)：

[1] Jonathan S. Maikisch and Thomas K. Gaylord, "Optimum parallel-face slanted surface-relief gratings," Appl. Opt. 46, 3674-3681 (2007)