基于模式理论光栅椭偏参数反演的数值模拟

将一种广泛用于求解系统优化问题的方法——正单纯形法，求解光栅的椭偏方程。首先，利用求解光栅的傅立叶模式理论对TE和TM波的复反射系数进行求解。然后计算出其相应的椭偏参数(△，Ψ)，并在该值的基础上加入不同偏差的随机高斯噪声，将加入噪声后的值(△m，Ψm)作为模拟测量值。最后使用优化算法进行反演。通过对几种常用面形光栅椭偏参数的数值模拟，一方面表明傅立叶模式理论计算光栅的椭偏参数不仅精度高。而且速度快；另一方面表明利用正单纯形法得到的光栅参数值很接近于正演时假设的参数值，从而从理论上证明了利用椭偏法测量光栅各种光学参数的可行性。     

一种新型的光束分束结构--复合调制型光栅

提出利用表面既有浮雕,体内又有折射率调制的一种新型衍射光栅来实现光束分束功能。针对波长为850nm正负一级和零级等衍射效率的光束分束器,优化设计了面型为正弦形、三角形、矩形的浮雕光栅以及体积相位全息光栅和复合调制型光栅共五种光栅。同时数值模拟了该光栅结构在实验制作过程中对各光栅参量误差的不敏感程度,该光栅在实验制作上优于其他类型光栅。     

用透射光谱法测光栅参数的数值模拟

本文基于光栅的严格理论,提出结合透射光谱和优化算法来测量光栅参数的新方法,首先,利用傅立叶模式理论和反射透射系数递推算法(RTCM) ,计算出在2 0 0 -90 0nm波段内的理论透射光谱图,通过在上面叠加不同偏差的高斯噪声来模拟光栅的实际测量曲线,接着在模拟曲线上任取若干个点作为实验测量值,最后利用优化算法进行反演搜索,找到待测光栅的结构参数。文中我们选择了三种类型的光栅对该法进行数值上的模拟,其结果是成功的。该法可能会给光栅参数的测量指明一条新的途径。     

用亚波长正弦介质光栅设计1/4波片

采用扩展边界条件法,得出亚波长正弦介质光栅正入射反射型1/4波片的结构参数。发现在一定精度范围内TE波与TM波的相位差能够在一段较大的槽深区域满足设计要求,从而降低了实际控制刻蚀深度的难度。讨论了线偏振光转化为圆偏振光的方位角问题。     

亚波长位相光栅矢量衍射理论的数值计算

从麦克斯韦方程组和电磁场的边界条件出发，用矢量衍射理论的模式匹配法对亚波长位相光栅的衍射进行了数值计算，在正入射的情况下，计算了反射波和透射波的场分布，并研究了光栅的结构参数（光栅深度、基底厚度、占空比等）对反射波和透射波各级衍射效率的影响。     

透射光谱法测光栅参数的可行性

利用透射光谱,结合正单纯形法来反演折射率调制光栅参数,首先利用光栅衍射傅里叶模式理论及RTCM算法得出在200nm~900nm波长范围内的透射光谱曲线,从上取5个点,作为理论计算值; 其次,在上述曲线上加入偏差不同的高斯噪声,以模拟透射光谱的测量曲线,再从每条曲线上各取5个对应点,获取模拟测量值;然后,假定光栅参数的初始值,代入评价函数,用正单纯形法不断进行迭代反演,得到光栅参数的计算模拟结果。此方法简单、快速、精确。     

用光栅正负一级衍射效率之比反演光栅参数的数值模拟

用衍射光栅的正负一级的能量之比来弱化衍射光栅表面的粗燥,周期的细微畸变,介质分布不均匀等带给实际光栅与理想光栅之间的差异,弥补实际光栅单一级次信息在实验测量中在反应光栅结构参数的缺陷.文中用数值模拟的方法优化反演了几种浮雕面型光栅的结构参数,反演结果较理想,数值论证了该法的可行性.     

亚波长表面正弦介质光栅的高反射特性

用扩展边界条件法研究了亚波长表面正弦形介质光栅中的电磁场分布及其各级衍射效率。计算结果表明,在适当的参数条件下,表面正弦光栅具有全反射的特性,在一个较宽的带宽范围内实现了99．9％的高反射。     

一种综合处理光栅矢量衍射的新方法

理论上将Waterman -Rayleigh方法 (WRM) ,傅立叶模方法 (FMM)和坐标变换法 (CM)巧妙结合 ,吸收了三者各自处理多分层光栅的优点 ,摒弃了各自的缺点 ,简化了理论推导。采用WRM方法的形式来表示电磁场 ,以便省去对本征值和本征矢的数值计算时间 ;采用FMM对物理量作矩阵表述 ,以便实现理论推导的简洁性 ,规范性 ;采用CM的坐标变换 ,以便简化对边界条件的匹配 ;在作Fourier展开时采用“逆规则” ,以保持方法的快速收敛性 ;在对多分层光栅的递推计算中 ,采用反射透射系数阵算法 (RTCM) ,以便克服由于层与层之间厚度变大所带来的数值不稳定性 ,同时提高计算速度。总之 ,这种综合处理光栅问题的方法不仅物理概念清晰 ,计算简洁 ,速度快 ,而且准确性 ,稳定性和收敛性均令人满意。     

高衍射效率的体积相位全息光栅优化设计

本文用严格的光栅理论研究了体积相位全息光栅的相位调制度中各参数的偏差对体积相位全息光栅衍射效率的影响,并依据物理意义提出了体积相位全息光栅的误差模型———GDAUA模型。为此,本文提出了在实验中用优化算法来处理GDAUA模型中的各种偏差对光栅衍射效率的影响,指导制作高衍射效率体积相位全息光栅,从而实现体积相位全息光栅的优化设计。