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    [技术]OptiFDTD应用:光栅衍射的远场分布 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-09-04
    光栅布局在大多数情况下是周期性结构。OptiFDTD中有两种实现周期性布局的方法:PBG编辑器和VB脚本。本课将重点介绍以下功能: &*" *b\  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 E"VF BKB  
    •光栅布局模拟和后处理分析 n"RV!{&  
    布局layout G3:!]}  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 66F?exr  
    图1.二维光栅布局
    XxMZU(5  
    E\DA3lq  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 l 3p :}A  
    =q]!"yU[d  
    步骤: 9MfU{4:;I  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 6 /YJA*  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 kd!?N  
    Wafer Dimensions: 1D#-,#?  
    Length (mm): 8.5 6Jq[]l"v  
    Width (mm): 3.0 QPB,B>Z  
    |?VJf3 A  
    2D wafer properties: p&RC#wYu  
    Wafer refractive index: Air B%uY/Mwz$  
    3 点击 Profiles 与 Materials. -O\i^?lD;  
    Kw`CN  
    在“Materials”中加入以下材料 'o}[9ZBjn  
    Name: N=1.5 v =y 2  
    Refractive index (Re:): 1.5 M\4` S&  
    cg3}33Z;6  
    Name: N=3.14 l[:Aq&[o3  
    Refractive index (Re:): 3.14 $4xSI"+M%  
    Bz_'>6w  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: t}_ #N'`  
    Name: ChannelPro_n=3.14 v5'`iO0o  
    2D profile definition, Material: n=3.14 seEo)m`d  
    )%Fwfb  
    Name: ChannelPro_n=1.5 _xv3UzD  
    2D profile definition, Material: n=1.5 \fTQNF  
    )L:e0u  
    6.画出以下波导结构: wxvi)|)  
    a. Linear waveguide 1 j~{cT/5Y_  
    Label: linear1 B ktRA  
    Start Horizontal offset: 0.0 -&Xv,:'?  
    Start vertical offset: -0.75 -%"PqA/1zj  
    End Horizontal offset: 8.5 edo)W mn  
    End vertical offset: -0.75 ?p@J7{a  
    Channel Thickness Tapering: Use Default %a~/q0o>  
    Width: 1.5 e9[72V  
    Depth: 0.0 i WD|F-  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 u5A?; a  
    =|P &G~]  
    b. Linear waveguide 2 ;B=aK"\  
    Label: linear2 DO80HS3ZD  
    Start Horizontal offset: 0.5 zw+aZDcV(  
    Start vertical offset: 0.05 =p'+kS+  
    End Horizontal offset: 1.0 QKj0~ia 5  
    End vertical offset: 0.05 \i_E}Ii0  
    Channel Thickness Tapering: Use Default =lJ ?yuc  
    Width: 0.1 ;Z{D@g+  
    Depth: 0.0 p5#x7*xR6  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 p@G7}'|eyA  
    x>[]Qk^?q  
    7.加入水平平面波: Y/.C+wW2  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: y,nmPX?]n  
    Input field Transverse: Rectangular 4uIYX  
    X Position: 0.5 2; ^ME\  
    Direction: Negative Direction h) Wp  
    Label: InputPlane1 2DCQ5XewYe  
    2D Transverse: .}!.4J%q2  
    Center Position: 4.5 Gc|)4c  
    Half width: 5.0 *z0d~j*W;  
    Titlitng Angle: 45 gY~r{  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 uMg\s\Z  
    图2.波导结构(未设置周期)
    {=[>N>"  
    :ZrJL&  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 1.!U{>$  
    将Linear2代码段修改如下: >-A@6Qe_  
    Dim Linear2 |EE1S{!24m  
    for m=1 to 8 U7s$';y"%  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 4qie&:4j  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 uatUo  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" SL4?E<Jb  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Q6Gw!!Z5EA  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" iT-coI  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" HK!ecQ^+  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 92DM1~ *  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True p:4jY|q  
    QadguV6|  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 OjUPvR2 0  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    X 0y$xC|<  
    /d3Jd .l!  
    设置仿真参数 q\6(_U#Tl  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 qE~_}4\Z9  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: hN-@_XSw<I  
    TE simulation hk~/W}sI  
    Mesh Delta X: 0.015 ,L/x\_28  
    Mesh Delta Z: 0.015 @gI1:-chB  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps `$T$483/  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 vQEV,d1  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 7PY$=L48A  
            其它参数保持默认 J$3g3%t  
    运行仿真 @[n#-!i  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 UPh#YV 0/,  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 K!-OUm5A  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 <gp?}Lk  
    TLdlPBnr8  
    远场分析衍射 s\ -,RQ1  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” po*G`b;v  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 _VrY7Mz:r  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 )j_El ]?  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) W:d p(,L  
    图4.远场计算对话框
    Q7s@,c!m_  
     js_`L#t  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ix3LB!k<  
    Wavelength: 0.63 MYAt4cHc2  
    Refractive index: 1.5+0i WTvUz.Et  
    Angle Initial: -90.0 Qz~uD'Rs/  
    Angle Final: 90.0 <g[z jV9p  
    Number of Steps: 721 XIW0Z C   
    Distance: 100, 000*wavelength @UD:zUT)F  
    Intensity |mb2<!ag{  
    B 71/nt9  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 tEhg',2t(  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 d?2V2`6  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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