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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: < d]|5  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 2iGRw4`_a  
    •光栅布局模拟和后处理分析 _5)#{ o<  
    布局layout :@/fy}!  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 /X:lt^?%I  
    图1.二维光栅布局
    I*ej_cFQ^  
    ,'9tR&S$_  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ^d"J2n,7L  
    X1-s,[j'  
    步骤: Z:*U/_G  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 {)[i\=,`{  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 -3V~YhG  
    Wafer Dimensions: =.%ZF]Oe+#  
    Length (mm): 8.5 cC[n~OV  
    Width (mm): 3.0 7HJv4\K  
    {, |"Rpd  
    2D wafer properties: e\dT~)c  
    Wafer refractive index: Air <H p"ZCN  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ^"Y'zI L  
    WY,t> 1c  
    在“Materials”中加入以下材料 1^;h:,e6  
    Name: N=1.5 d{he  
    Refractive index (Re:): 1.5 :}-u`K*  
    0 mQ3P.9  
    Name: N=3.14 w?*KO?K  
    Refractive index (Re:): 3.14 yjO7/< 2  
    sHuz10  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: KFhn}C3 i  
    Name: ChannelPro_n=3.14 D7. P  
    2D profile definition, Material: n=3.14 K8 Y/XEK  
    2%8Y-o?  
    Name: ChannelPro_n=1.5 IX(yajc[~M  
    2D profile definition, Material: n=1.5 >SJ$41"E  
    vz:0"y  
    6.画出以下波导结构: U,M,E@  
    a. Linear waveguide 1 YUb,5Y0  
    Label: linear1 OT[m g4&  
    Start Horizontal offset: 0.0 s,v#lJ]d0W  
    Start vertical offset: -0.75 d{hYT\7~1(  
    End Horizontal offset: 8.5 ]aRD6F:L  
    End vertical offset: -0.75 C]H <L#)ZU  
    Channel Thickness Tapering: Use Default gB(W`:[  
    Width: 1.5 *N r|G61  
    Depth: 0.0 `Y;gMrp  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 c #!6  
    xdM#>z`;  
    b. Linear waveguide 2 _e_%U<\4  
    Label: linear2 w'0M>2   
    Start Horizontal offset: 0.5 UT~2}B9fc  
    Start vertical offset: 0.05 ;5k|gW  
    End Horizontal offset: 1.0 (3h*sd5ly  
    End vertical offset: 0.05 ?GarD3#A  
    Channel Thickness Tapering: Use Default xW9 s[X  
    Width: 0.1 ])L'Rk#4  
    Depth: 0.0 5)7mjyo%  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 =)YYx8gR  
    N)*e^Nfb  
    7.加入水平平面波: mv.I.EL  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: I0vn d7  
    Input field Transverse: Rectangular X@&uu0JJ  
    X Position: 0.5 3x0wk9lND  
    Direction: Negative Direction cmU+VZ#pk  
    Label: InputPlane1 CD1=2  
    2D Transverse: _ICDtG^  
    Center Position: 4.5 b6Hk20+B;  
    Half width: 5.0 UMwMXmZNJ  
    Titlitng Angle: 45 [Be53U{=  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 \,gZNe&Vv  
    图2.波导结构(未设置周期)
    }.) 43(>]  
    xJLO\B+gM  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 u^$Md WP  
    将Linear2代码段修改如下: .GN$H>')  
    Dim Linear2 rOHW  
    for m=1 to 8 8 ysK VF  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) u2B W]T]  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ]C6[`WF  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" k3 [h'.ps  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" _`{{39 F  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 64']F1p0  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" -xu.=n@,  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 51opP8  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ]MLLr'6?  
    OG+r|.N;  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 yLO &(Mb  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    m'(;uR`  
    E9B*K2l^{  
    设置仿真参数 `ab\i`g9  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ([CnYv  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: AJ` v  
    TE simulation *tM7>  
    Mesh Delta X: 0.015 E:4P1,%01+  
    Mesh Delta Z: 0.015 0 ;_wAk  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps L sDzV)  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ,PMb9 O\B  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 MupW=3.38  
            其它参数保持默认 QiE<[QP{g  
    运行仿真 o+_/)c  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 V"by9p|V`  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 E'^]zW=9  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 :n4:@L<%H  
    h@,e`Z  
    远场分析衍射 zt[4_;2Y  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” XBQ<  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 e9`uD|KAS|  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 yEUNkZ5^  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) uz#PBV8Q  
    图4.远场计算对话框
    hHc^ZA  
    8yWu{'G  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: {p e7]P?  
    Wavelength: 0.63 uH&,%k9GVK  
    Refractive index: 1.5+0i ,B~lwF9  
    Angle Initial: -90.0 #A/]Vs$  
    Angle Final: 90.0 (}FW])y  
    Number of Steps: 721 qbU1qF/  
    Distance: 100, 000*wavelength [|[sYo  
    Intensity BgkB x  
    l!;_lH8W$  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 K Z!N{.Jk  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ;o)=XEh8P  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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