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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: ')P2O\YS  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 "LP, TC  
    •光栅布局模拟和后处理分析 iL7-4Lv#  
    布局layout ;l/}Or2  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 7,W]zKH  
    图1.二维光栅布局
    <4l.s  
    W2F +^  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 C;d|\[7Z  
    }sTH.%  
    步骤: L)kb (TH  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 u|m[(-`  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ;Ch+X$m9  
    Wafer Dimensions: XI@6a9Uk  
    Length (mm): 8.5 e'k;A{Oh  
    Width (mm): 3.0 {(m+M  
     l5ZADK4  
    2D wafer properties: &jXca|wAR  
    Wafer refractive index: Air 2A*X Hvwb  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ^MWEfPt  
    m0x J05Zx  
    在“Materials”中加入以下材料 ?Kx6Sf<i  
    Name: N=1.5 A6?qIy  
    Refractive index (Re:): 1.5 AkYupP2]v  
    xQNw&'|UU  
    Name: N=3.14 *<`7|BH3  
    Refractive index (Re:): 3.14 vHs>ba$"  
    ? -v  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 86;+r'3p.  
    Name: ChannelPro_n=3.14 (*Gi~?-  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ULp)T`P  
    avu*>SB  
    Name: ChannelPro_n=1.5 XPHQAo[(s  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Gt^|+[gD  
    Cp .1/  
    6.画出以下波导结构: 763E 6,7  
    a. Linear waveguide 1 Nk lz_ ]  
    Label: linear1 fnVW/23  
    Start Horizontal offset: 0.0 Q  `e~MD  
    Start vertical offset: -0.75 Nd]0ta  
    End Horizontal offset: 8.5 a za o`z  
    End vertical offset: -0.75 -kG3k> by_  
    Channel Thickness Tapering: Use Default [n!$D(|"!V  
    Width: 1.5 EpRXjz  
    Depth: 0.0 /_NkB$&  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 3[MdUj1y[  
    52>[d3I3  
    b. Linear waveguide 2 G*kE~s9R  
    Label: linear2 SL[rn<x|  
    Start Horizontal offset: 0.5 r5f^WZ$-  
    Start vertical offset: 0.05 o\_ Td  
    End Horizontal offset: 1.0 *0=fT}&!  
    End vertical offset: 0.05 pY^pTWs(  
    Channel Thickness Tapering: Use Default kVV\*"9y  
    Width: 0.1 Hfh@<'NL]  
    Depth: 0.0 2-B6IPeI  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 +\+Uz!YS  
    $cRcap  
    7.加入水平平面波: [NQmL=l  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: +:Lk^Ny  
    Input field Transverse: Rectangular sFbfFUd  
    X Position: 0.5 8B}'\e4i  
    Direction: Negative Direction PYdIP\<V  
    Label: InputPlane1 Na\3.:]z  
    2D Transverse: ]XmQ]Yit  
    Center Position: 4.5 gb.f%rlZ`  
    Half width: 5.0 hNH.G(l0  
    Titlitng Angle: 45 2~vo+ng  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 hmc\|IF`  
    图2.波导结构(未设置周期)
    K5P Gi#  
    Ya~ "R#Uy  
    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。 ]b}B~jD  
    将Linear2代码段修改如下: Gh2#-~|cB  
    Dim Linear2 ;l$9gD>R  
    for m=1 to 8 *6NO-T; -  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) EYA/CI   
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 }16&1@8  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Z+Kv+GmqH  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" IeO-O'^&`  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" _GE=kw;:  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ?lF mXZy`  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ksTzXG8  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 2K3MAd{  
    7@FDBjq  
    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。 S  <2}8D  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    %_>Tcm=  
    66/Z\H^d  
    设置仿真参数 I|H,)!Z  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 D0f*eSXE{  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ,o BlJvm  
    TE simulation OWqrD@  
    Mesh Delta X: 0.015 B,4q>KQA  
    Mesh Delta Z: 0.015 5(423"(y  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps k69kv9v@J  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 $+7ci~gs  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ldK>HxM%Z  
            其它参数保持默认 3 sl=>;-  
    运行仿真 =D{B}=D\IM  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 l(gJLjTH%  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 nHnk#SAA u  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 w nWgy4:  
    yDzdE;  
    远场分析衍射 ZOp^`c9~  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” o\&~CW~@~  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 C9o$9 l+B  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 tzPC/?  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) ;xhOj<:  
    图4.远场计算对话框
    juH wHt  
    X R4)z  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 5!t b$p#z  
    Wavelength: 0.63 D@#0dDT  
    Refractive index: 1.5+0i #^Ys{  
    Angle Initial: -90.0 >jv\Qh  
    Angle Final: 90.0 {>/)5 AGs  
    Number of Steps: 721 NaF(\j  
    Distance: 100, 000*wavelength 7 %3<~'v[  
    Intensity bQ<b[  
    )AJ=an||5  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 V`by*s  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 i=-8@  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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