光柵優(yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2025-12-15
光柵優(yōu)化的實(shí)例教程
衍射光柵常用于將光耦合入光導(dǎo)，是VR/MR應(yīng)用中近眼顯示設(shè)備的基礎(chǔ)。出于視覺(jué)目的，特定視場(chǎng)(FOV)范圍內(nèi)耦合光柵的衍射效率必須進(jìn)行優(yōu)化。這是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在VirtualLab Fusion中利用嚴(yán)格傅里葉模態(tài)法(FMM，也稱 RCWA)以及optiSLang的演化算法，可以優(yōu)化得到一個(gè)光柵結(jié)構(gòu)，其在期望的FOV上具有良好的一致性。
用于光導(dǎo)的二元光柵優(yōu)化
利用VirtualLab Fusion中的嚴(yán)格傅里葉模方法(FMM)和optiSLang的遺傳算法，我們演示了一種用于光導(dǎo)耦合的二元光柵在理想視場(chǎng)(FOV)下的優(yōu)化。
VirtualLab 中使用optiSLang的光柵優(yōu)化
展示了利用VirtualLab Fusion和optiSLang優(yōu)化軟件對(duì)光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的工作流程。
展開(kāi) 在VirtualLab Fusion中，使用傅立葉模態(tài)方法和參數(shù)優(yōu)化工具，可以優(yōu)化實(shí)際光柵幾何形狀，從而實(shí)現(xiàn)特定衍射級(jí)的最佳耦合效率。 該示例示出了針對(duì)一個(gè)特定入射方向優(yōu)化矩形光柵以獲得最佳光導(dǎo)耦合效率的設(shè)計(jì)策略。
優(yōu)化任務(wù)
尋找合適的初始解（正入射）
基于初始解進(jìn)一步優(yōu)化（正入射）
15°斜入射的光柵優(yōu)化
優(yōu)化光柵結(jié)構(gòu)的對(duì)比
看看VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 光導(dǎo)耦合光柵結(jié)構(gòu)的配置
- 使用特殊介質(zhì)配置光柵結(jié)構(gòu)[用例]
- 使用界面配置光柵結(jié)構(gòu)[用例]
? 分析耦合光柵衍射效率
- 用于光導(dǎo)耦合光柵評(píng)估的自定義探測(cè)器[用例]
? 粗略掃描參數(shù)以找到初始解
? 基于參數(shù)優(yōu)化進(jìn)一步優(yōu)化光柵結(jié)構(gòu)
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
延伸閱讀 - 光導(dǎo)耦合的斜光柵分析
展開(kāi) 摘要
已知傾斜光柵具有將衍射光聚焦到特定級(jí)次的能力。 因此，通常用于將光耦合到光導(dǎo)中。 在VirtualLab Fusion中，不僅可以嚴(yán)格分析傾斜光柵，還可以對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。 此外，通過(guò)將VirtualLab與來(lái)自Dynardo的軟件optiSLang結(jié)合使用，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以在期望的視場(chǎng)（FOV）內(nèi)耦合光。
優(yōu)化任務(wù)
優(yōu)化流程
?采用以下優(yōu)化工作流程設(shè)計(jì)傾斜光柵，實(shí)現(xiàn)高效光導(dǎo)耦合：
1.定義輸入及其范圍，從參考輸入組合開(kāi)始
2.通過(guò)多次模擬執(zhí)行優(yōu)化
3.計(jì)算相應(yīng)的輸出
4.評(píng)估確定的目標(biāo)
5.使用新輸入進(jìn)行下一次迭代
?優(yōu)化算法停止在某些迭代后和/或無(wú)法實(shí)現(xiàn)更多目標(biāo)的改進(jìn)。
展開(kāi) 摘要
已知傾斜光柵具有將衍射光聚焦到特定級(jí)次的能力。 因此，通常用于將光耦合到光導(dǎo)中。 在VirtualLab Fusion中，不僅可以嚴(yán)格分析傾斜光柵，還可以對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。 此外，通過(guò)將VirtualLab與來(lái)自Dynardo的軟件optiSLang結(jié)合使用，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以在期望的視場(chǎng)（FOV）內(nèi)耦合光。
優(yōu)化任務(wù)
優(yōu)化流程
?采用以下優(yōu)化工作流程設(shè)計(jì)傾斜光柵，實(shí)現(xiàn)高效光導(dǎo)耦合：
1.定義輸入及其范圍，從參考輸入組合開(kāi)始
2.通過(guò)多次模擬執(zhí)行優(yōu)化
3.計(jì)算相應(yīng)的輸出
4.評(píng)估確定的目標(biāo)
5.使用新輸入進(jìn)行下一次迭代
?優(yōu)化算法停止在某些迭代后和/或無(wú)法實(shí)現(xiàn)更多目標(biāo)的改進(jìn)。
展開(kāi) 光柵通常用于將光耦合出或耦合入光波導(dǎo)。在這種情況下，如何優(yōu)化耦合效率始終是一個(gè)重要問(wèn)題。耦合光柵通常具有與波長(zhǎng)量級(jí)相同的特征尺寸，因此需要嚴(yán)格的建模技術(shù)。VirtualLab Fusion為光柵結(jié)構(gòu)的配置、光柵分析的嚴(yán)格傅立葉模態(tài)法（FMM）以及參數(shù)優(yōu)化方法提供了便捷的工具。結(jié)合這些技術(shù)，提出了耦合光柵優(yōu)化的實(shí)用工作流程。
光波導(dǎo)耦合光柵的優(yōu)化
我們展示了針對(duì)一個(gè)特定入射方向的優(yōu)化矩形光柵的設(shè)計(jì)工作流程，以得到特定衍射階下的最大效率。
使用界面配置光柵結(jié)構(gòu)
在VirtualLab Fusion中，光柵結(jié)構(gòu)配置在“堆棧”中，根據(jù)光柵的幾何形狀，可以使用一系列界面或特殊介質(zhì)去構(gòu)建。在該示例中，解釋了基于界面的光柵結(jié)構(gòu)配置。
展開(kāi) 
光柵優(yōu)化的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
光柵優(yōu)化的最新內(nèi)容
3.4 光柵衍射角度理論計(jì)算
通過(guò)光柵方程n?×sin(θ?)=n?×sin(θ?)+m×λ/d，可精準(zhǔn)計(jì)算各級(jí)衍射角度，僅1~4級(jí)衍射光可在波導(dǎo)內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效傳播，其余級(jí)次光路被抑制，為光柵參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。
3.優(yōu)化能力：用戶可以在 Lumerical 中方便地定義自定義參數(shù)化模型，并結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)的性能對(duì)光柵形狀進(jìn)行優(yōu)化。
4.光柵結(jié)構(gòu)的導(dǎo)入與導(dǎo)出：該工作流程支持以 STEP、STL 和 GDS II 文件格式對(duì)光柵幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入與導(dǎo)出。
5.空間變化：用戶可以定義光柵參數(shù)在光柵不同位置處的變化方式。
提高光柵衍射級(jí)次效率的光柵優(yōu)化設(shè)計(jì)
大角度分束衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)優(yōu)化
4
超表面微納結(jié)構(gòu)
超構(gòu)表面偏振/波長(zhǎng)/角度響應(yīng)分析
超光柵的構(gòu)建
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)和分析超透鏡
基于超構(gòu)透鏡（PCA）實(shí)現(xiàn)聚焦與成像
5
微納加工工藝方案
微納加工完整流程概述
灰度曝光/直寫(xiě)技術(shù)
晶圓多層膜厚非接觸式光學(xué)測(cè)量仿真
4
先進(jìn)顯微鏡系統(tǒng)的物理光學(xué)級(jí)仿真
顯微鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
通過(guò)瑞利判據(jù)對(duì)顯微鏡物鏡進(jìn)行分辨率研究
熒光顯微鏡的彩色效應(yīng)分析
高NA傅里葉顯微鏡單分子成像
高NA顯微鏡系統(tǒng)分析偶極子源的PSF
顯微鏡系統(tǒng)中來(lái)自光圈的衍射
5
光學(xué)系統(tǒng)的公差分析
考慮加工公差下的傾斜光柵魯棒性優(yōu)化
傾斜光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
公差分析
蛾眼抗反射結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
高衍射效率偏振無(wú)關(guān)光柵的優(yōu)化設(shè)計(jì)
5
光柵系統(tǒng)級(jí)分析
晶圓檢測(cè)系統(tǒng)
晶圓雙面光柵圖案的成像分析
共聚焦顯微鏡檢測(cè)系統(tǒng)
6
超表面微納結(jié)構(gòu)
超構(gòu)表面偏振/波長(zhǎng)/角度響應(yīng)分析
超光柵的構(gòu)建
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)和分析超透鏡
，入耦合光柵、折疊光柵、出耦合光柵周期分別為440nm、311nm、440nm；
2.子區(qū)域劃分：將折疊光柵（30mm）分為15個(gè)水平子區(qū)域，出耦合光柵（18mm）分為9個(gè)垂直子區(qū)域，設(shè)置填充因子下限0.3，避免眼動(dòng)范圍局部無(wú)光照；
3.結(jié)構(gòu)優(yōu)化：光柵采用梯形結(jié)構(gòu)（可通過(guò)納米壓印技術(shù)批量制造），鍍TiO?膜層使衍射效率曲線更平滑，通過(guò)PSO算法優(yōu)化光柵深度、膜層厚度、形狀參數(shù)等，使光柵衍射效率與理論解析解高度匹配
但從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的全流程中，跨尺度物理建模、多物理場(chǎng)耦合、光柵參數(shù)優(yōu)化、雜散光抑制等核心難題，讓大多的光學(xué)工程師反復(fù)陷入設(shè)計(jì)陷阱。
當(dāng)前主流光學(xué)軟件在光波導(dǎo)場(chǎng)景下存在顯著功能短板，而行業(yè)高速擴(kuò)張的需求與設(shè)計(jì)工具的滯后性形成尖銳矛盾。
連續(xù)調(diào)制光柵區(qū)域光波導(dǎo)的優(yōu)化
我們演示了針對(duì)特定入射方向優(yōu)化矩形光柵的設(shè)計(jì)流程，以獲得特定衍射級(jí)次的最大效率。
選擇變量并定義評(píng)價(jià)函數(shù)以優(yōu)化調(diào)制光柵參數(shù)。
3. 光柵參數(shù)所需調(diào)制的定義
2. 光束步跡和光柵分析工具的應(yīng)用，包括生成滿足參數(shù)調(diào)制所有要求的光學(xué)設(shè)置
1.
單入射方向光波導(dǎo)耦合光柵的優(yōu)化1個(gè)月前
[圖片]
