Lumerical & Zemax動態光柵優化

AR光波導工作流

使用SPEOS進行光路概念設計後，可以利用Lumerical設計相應的理想光柵並導回SPEOS驗證效果並調整光路。接著根據調整後的理想光柵，在Lumerical建立真實光柵結構，將光路和光柵導入Zemax中，利用Zemax和Lumerical連動功能進行優化與成像分析（2023）。最後將優化結果導回SPEOS模擬以獲得最終視覺效果。

Lumerical RCWA光柵設定

RCWA是Lumerical適用於週期性變化結構的簡易演算方法，模擬特性可以劃分結構為疊層，進行疊層傅立葉計算，將模型擴展為鄰近堆疊層、平面波傳播模擬等等。能夠輸出反射與穿透能量分布、實際光柵階次的狀況與震幅。

2023R1新介面提供參數化的方式進行RCWA算法，大幅加速優化與設定流程，並開源與Zemax或其他軟體進行動態連結優化。

設定光傳播方向、分析維度(2D、3D)、模擬區域、疊層交界處位置及設定要分析的最大階數(#k-vector)和角度、波長。選擇欲輸出之分析結果，即可將設定檔轉換為腳本輸出，在背景環境中執行使用。

Lumerical 與Zemax RCWA動態連結

將Lumerical設定好的光柵模擬結果，透過另外一個語法轉換成Zemax的DLL材料檔案，即可匯入Zemax中模擬期衍射效果。Zemax可以抓取Lumerical微結構參數，如長寬，傾斜角度，Pitch等等，並設定為Zemax的變量，在優化過程中利用，以得到更接近優化目標的光柵效果。

下圖展示Lumerical優化變量，對照Zemax優化變量與Zemax的優化目標(Meri Function)之輸入過程。

從下圖可以看出模擬結果前後差異，優化後的結果較優化前出光效率更高，結果也更均勻，若是要再得到更佳優化效果，可以加上Ansys optiSLang專業尋優工具和演算法，來達到更好之優化效果。