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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: {N}az"T4f  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 $0 .6No_|  
    •光栅布局模拟和后处理分析 uLzE'Z mV  
    布局layout 08xo_Oysq  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 q~}oU5  
    图1.二维光栅布局
    :k_&Zd j,B  
    )pl5nu#<  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 j;`pAN('  
    q'8*bu_  
    步骤: TBt5Nqks-  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 #ELe W3 S}  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 HX2u{2$  
    Wafer Dimensions: {Phq39g  
    Length (mm): 8.5 yz K<yvN  
    Width (mm): 3.0  ijOp{  
    O5r8Ghf )  
    2D wafer properties: 2L&c91=wE  
    Wafer refractive index: Air LVg#E*J  
    3 点击 Profiles 与 Materials. )IcSdS0@M  
    QwX81*nx  
    在“Materials”中加入以下材料 D`@a*YIq  
    Name: N=1.5 d'W2I*Zc<  
    Refractive index (Re:): 1.5 S%MDQTM  
    Xr K29a  
    Name: N=3.14 T{ @@V  
    Refractive index (Re:): 3.14 &lLk[/b  
    zd5=W"Y;]  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: _fS\p|W(E  
    Name: ChannelPro_n=3.14 B}TY+@  
    2D profile definition, Material: n=3.14 I-^sJ@V;  
    :j`f%Vg~x  
    Name: ChannelPro_n=1.5 `"65 _?B i  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ^gcB+  
    32K& IfV  
    6.画出以下波导结构: !M8_PC*a  
    a. Linear waveguide 1 ta{24{?M\  
    Label: linear1 "a2|WKpD  
    Start Horizontal offset: 0.0 ~u$ cX1M  
    Start vertical offset: -0.75 9KX% O-'  
    End Horizontal offset: 8.5 ; +\h$  
    End vertical offset: -0.75 #Gi`s?  
    Channel Thickness Tapering: Use Default !(q@sw(  
    Width: 1.5 8$~oiK%fw  
    Depth: 0.0 </;e$fh`  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ~T H4='4W3  
    d2eXN3"  
    b. Linear waveguide 2 iYBc4'X  
    Label: linear2 0JtM|Mg  
    Start Horizontal offset: 0.5 h F+aL  
    Start vertical offset: 0.05 JE}VRMNr  
    End Horizontal offset: 1.0 'l(s)Oa{M:  
    End vertical offset: 0.05 xwo *kFg  
    Channel Thickness Tapering: Use Default jv.tg,c_6  
    Width: 0.1 L91vp'+2  
    Depth: 0.0 O^!ds  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 'a0M.*f}G  
    U3_O}X+  
    7.加入水平平面波: WA2NjxYz  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: xY]q[a?cy  
    Input field Transverse: Rectangular *=oO3c0|b,  
    X Position: 0.5 *0" ojfVn  
    Direction: Negative Direction WD\Yx~o  
    Label: InputPlane1 $B?8\>_?  
    2D Transverse: %ud-3u52M8  
    Center Position: 4.5 3:xx:Jt  
    Half width: 5.0 }IWt\a<d  
    Titlitng Angle: 45 +JYb)rn$^  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Wi=zu[[qc  
    图2.波导结构(未设置周期)
    fNi&r0/-t  
    2'=)ese  
    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。 F_0D)H)N@  
    将Linear2代码段修改如下: w-JWMgY8w  
    Dim Linear2 n@tt.n!{l  
    for m=1 to 8 1|8Bv0-b  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) m7i_ Iv  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05  ^[SW07o~  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" \%r0'1f  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Y7+c/co  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ftMlm_u  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" d1_kw A2y  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 8nBYP+t,e  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True %J-:%i  
    I(7 GVYM  
    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。 7*{l\^ism;  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    >{ {ds--  
    fsPsP`|  
    设置仿真参数 7WH'GoBh  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 > }f!. i  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:  Ps.xY;Y  
    TE simulation syLdm3d|  
    Mesh Delta X: 0.015 ##''d||u  
    Mesh Delta Z: 0.015 P9m  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps LhKbZ oPp  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 nHeJ20  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 j]&Qai~}Y  
            其它参数保持默认 C.ynOo,W  
    运行仿真 rb@[ Edj  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Z[VrRT,\c  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Jc?zX8>Ae:  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 =Pn"nkpML  
    9mk@\Gqqm  
    远场分析衍射 O)V;na  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” G*EF_N. G0  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 xU%]G .k  
    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 B&B4 P  
    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) :0(^^6Q\  
    图4.远场计算对话框
    U"|1@W#  
    DjaXJ?'  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: @TW:6v`  
    Wavelength: 0.63 DM v;\E~D  
    Refractive index: 1.5+0i +}at#%1@  
    Angle Initial: -90.0 Zs t)S(  
    Angle Final: 90.0 +JG05h%'  
    Number of Steps: 721 vh&~Y].W Y  
    Distance: 100, 000*wavelength =9 QyO h  
    Intensity o=94H7@  
    Has}oe[  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ~]no7O4  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 =e 1Q>~  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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