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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: {>9vm!<[*\  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 #>}cuC@  
    •光栅布局模拟和后处理分析 qeypa !  
    布局layout RK< uAiU  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 K1Mn_)%  
    图1.二维光栅布局
    (V&$KDOA  
    09/Mg  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 n&Bgpt~  
    |Y4c+6@_  
    步骤: voiWf?X  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 `@RTfBB g  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 + JsMYv  
    Wafer Dimensions: ;O+= 6>W  
    Length (mm): 8.5 N:_.z~>%  
    Width (mm): 3.0 uWkW T.>$  
    7*.nd  
    2D wafer properties: ,?S1e#  
    Wafer refractive index: Air 3VaL%+T$,  
    3 点击 Profiles 与 Materials. z#m ~}  
    \I (g70  
    在“Materials”中加入以下材料 KSz;D+L \  
    Name: N=1.5 &sJ-&7YZ  
    Refractive index (Re:): 1.5 *lc|iq\  
    wNtC5  
    Name: N=3.14 T,r?% G{XE  
    Refractive index (Re:): 3.14 fS?}(7  
    }20~5!  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 1 8%+ Hy=  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ?k@^U9?R  
    2D profile definition, Material: n=3.14 qz95)  
    VYbH:4K@%  
    Name: ChannelPro_n=1.5 |0OY> 5  
    2D profile definition, Material: n=1.5 $t0o*i{  
    X lLG/N  
    6.画出以下波导结构: DaP,3>M  
    a. Linear waveguide 1 >e>%AMzo[  
    Label: linear1 >jz9o9?8  
    Start Horizontal offset: 0.0 >e^bq/'  
    Start vertical offset: -0.75 &n9&k Em  
    End Horizontal offset: 8.5 ^p)#;$6b  
    End vertical offset: -0.75 HA$X g j  
    Channel Thickness Tapering: Use Default V/`vX;%  
    Width: 1.5 KT[ZOtu  
    Depth: 0.0 $7" Y/9Y  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 qF\w#nG  
    qA0PGo  
    b. Linear waveguide 2 .J <t]  
    Label: linear2 Q p7h|<  
    Start Horizontal offset: 0.5 .dI".L  
    Start vertical offset: 0.05 {8>g?4Q#  
    End Horizontal offset: 1.0 ,.Lwtp,n  
    End vertical offset: 0.05 't6l@ _x  
    Channel Thickness Tapering: Use Default zzK<>@c  
    Width: 0.1 <2N{oK.  
    Depth: 0.0 X$e*s\4  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 <?s@-mpgN  
    =^1jVaAL  
    7.加入水平平面波: ^"<x4e9+j  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: k4a51[SYBK  
    Input field Transverse: Rectangular 9U8x&Z]P  
    X Position: 0.5 DkX^b:D*f  
    Direction: Negative Direction `JO>g=,4  
    Label: InputPlane1 ? X6M8`  
    2D Transverse: p#).;\M   
    Center Position: 4.5 ~| b\1SR  
    Half width: 5.0 |.VSw  
    Titlitng Angle: 45 hr;^.a^  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 )9^)t   
    图2.波导结构(未设置周期)
    qg{gCG  
    1RJFPv  
    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。 U0t|i'Hx  
    将Linear2代码段修改如下: T%% 0W J  
    Dim Linear2 ~Oa$rqu%m  
    for m=1 to 8 3_<l`6^Ns/  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ]!ox2m_U  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 SV@*[r  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Da615d  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" D'<L6w`  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" <3!Al,!ej@  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" fGb}V'x}r  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 8T1zL.u>q  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True s3eS` rK-  
    4j~q,# $LW  
    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。 G&xtL  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    $m;`O_-T  
    #B<EMGH  
    设置仿真参数 @4hzNi+  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 OKAU*}_  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: &nDXn|  
    TE simulation TKM^  
    Mesh Delta X: 0.015  tPQ|znB|  
    Mesh Delta Z: 0.015 `Jk0jj6Z  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps & ?xR  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 }%p:Xv@X!  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Qn7T{ BW  
            其它参数保持默认 0CX,"d_T,  
    运行仿真 N]w_9p~=1  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 h*%FZ}}`q  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 n74\{`8]o  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 Ux7LN @4og  
    x>}ml\R  
    远场分析衍射 0K[]UU=P=  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” *mzi ?3  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 /kY9z~l  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 sSZ)C|Q  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) ?>Sv_0  
    图4.远场计算对话框
    T[Zs{S  
    =}0Uw4ub(u  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: '|DW#l\n  
    Wavelength: 0.63 (iX8YP$%  
    Refractive index: 1.5+0i Q]YB.n3   
    Angle Initial: -90.0 ,c4HicRJ#  
    Angle Final: 90.0 QQBh)5F  
    Number of Steps: 721 >x{("``D0y  
    Distance: 100, 000*wavelength 8@;]@c)m  
    Intensity g%&E~V/g$  
    se\fbe^0  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 3]l)uoNt/  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 [3jJQ3O,  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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