基于Micro G-A算法下的达曼光栅优化与仿真

论文摘要

激光在飞快进步的21世纪中有很多实用的用途,随着现如今各项实验或生产加工的精度提高,其对出射场光斑的质量参数的要求也是不断增加。跟传统分光器相比,衍射型分光器具有精度高、质量轻等优点,得到了广泛的应用。本论文以达曼光栅为例,在计算上采用的矢量衍射计算法更合适亚波长达曼光栅,利用优化迭代方法不断的优化其结构参数,不仅提高了达曼光栅质量参数要求,并且在实验结构上更为简洁。Mirco G-A算法为本文应用的核心优化算法,因为Mirco G-A算法的伪全局优化机制可以在保持计算精度不变的情况下,大大降低计算量,所以本文采用该算法对达曼光栅进行优化。本文主要工作如下:1、对实验可造成的两种误差进行质量参数分析,第一种为刻蚀精度不足所造成的误差,其中随着刻蚀宽度增大到总体宽度的10%,T0级模衍射效率的差值百分比影响高达286.70220%;第二种为入射光偏离正入射方向所造成的误差,随着角度左右偏差增大到±10°,T 0级模衍射效率的差值百分比影响高达286.70224%。2、对三种不同类型的亚波长达曼光栅进行优化和仿真,其中包括1×9一维达曼光栅、1×8 一维达曼光栅和3×3二维型达曼光栅。分别对其质量参数（衍射效率和非匀化率）、光栅结构参数（单个周期宽度、刻蚀深度、突变坐标值）以及出射光场分布（各级衍射效率、光斑角间距、单一周期EY分量分布）进行量化处理,其结果表明1×9型光栅所得衍射效率高于86%而非匀化率大约在111%,1×8型光栅衍射效率高于83%不包含0级非匀化率约为2.8%,3×3二维型光栅所得衍射效率高于70%而非匀化率维持在1%左右。本论文的研究结果对今后的实验加工具有指导性的意义。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1 达曼光栅研究现状

1.2.2 Micro G-A算法研究现状

1.3 论文研究意义

1.4 本文章节安排

第二章衍射基本原理

2.1 衍射光学器件的研究

2.2 标量衍射原理

2.3 傅里叶分析

2.3.1 空间频率与空间频率谱

2.3.2 角谱理论

2.4 衍射光栅

2.4.1 光栅衍射原理

2.4.2 光栅衍射图样

2.5 光栅的分束原理

2.6 光场分布的矢量数值计算

2.6.1 严格的矢量耦合波理论

2.6.2 TM偏振入射光

2.6.3 TE模式入射光

2.7 达曼光栅的简介

2.8 达曼光栅的结构原理

2.8.1 一维达曼光栅

2.8.2 二维分布达曼光栅

2.8.3 11×11二维达曼光栅的后光场分布

2.9 优化误差函数

2.10 TE和TM模的衍射强度对比

2.11 本章小结

第三章优化算法

3.1 优化算法简介

3.2 G-S位相恢复算法

3.3 基于RCWA模式下的Micro-GA遗传算法

3.3.1 Micro G-A遗传算法发展与应用

3.3.2 Micro G-A遗传算法的原理

3.4 两种算法的优化比较

3.5 本章小结

第四章仿真实验数据及误差分析

4.1 刻蚀宽度对光束质量的影响

4.2 氦氖激光束入射角度对质量参数的影响

4.3 1×9一维达曼光栅的分束优化结果

4.4 1×8一维达曼光栅的分束优化数据

4.5 3×3光束的二维型达曼光栅的分束优化数据

4.6 本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 薛蒙

导师: 吕彦飞

关键词: 亚波长光栅,矢量衍射计算,算法,衍射效率,非匀化率

来源: 云南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 云南大学

分类号: TP301.6;TN24

总页数: 72

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