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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: Tenf:Hm/k  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 HM[klH]s=  
    •光栅布局模拟和后处理分析 i\?*=\a  
    布局layout #& .]" d  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 \FmKJ\  
    图1.二维光栅布局
    ?,knit2x  
    48D?'lW %  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 y*b3&%.ml  
    0?Q_@Y  
    步骤: A&5:ATQ/|  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 P 1>AOH2yG  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ?}p:J{  
    Wafer Dimensions: _c(4o:  
    Length (mm): 8.5 R3.*dqo$  
    Width (mm): 3.0 (K..k-o`.  
    B}?IEpYp  
    2D wafer properties: L5fuM]G`  
    Wafer refractive index: Air IND]j72  
    3 点击 Profiles 与 Materials. d=*x#In  
    T )~9Wac  
    在“Materials”中加入以下材料 V\5 L?}  
    Name: N=1.5 H U+ I  
    Refractive index (Re:): 1.5 _RkuBOv@e  
    Z=S>0|`R  
    Name: N=3.14 _`-1aA&n~  
    Refractive index (Re:): 3.14 cQj-+Tmu  
    m#e3%150{  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: X"MU3]  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Vy<HA*  
    2D profile definition, Material: n=3.14 v;1F[?@3Y  
    wE\3$ s/{D  
    Name: ChannelPro_n=1.5 z;\dL  
    2D profile definition, Material: n=1.5 W;6vpPhg#!  
    (7FW9X;  
    6.画出以下波导结构: Mz]: }qmFA  
    a. Linear waveguide 1  :nY 2O  
    Label: linear1 Kn;D?ioY  
    Start Horizontal offset: 0.0 GwU?wIIj^  
    Start vertical offset: -0.75 (oz$B0HO:  
    End Horizontal offset: 8.5 vdDludEv  
    End vertical offset: -0.75 ; 0v>Rfa  
    Channel Thickness Tapering: Use Default $:s`4N^  
    Width: 1.5 m^~S  
    Depth: 0.0 u+t$l^S  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 0U/,aHvhP  
    nKr9#JebRC  
    b. Linear waveguide 2 _6@hTen`  
    Label: linear2 58xnB!h\}  
    Start Horizontal offset: 0.5 z&8un% Jt  
    Start vertical offset: 0.05  kzmQm  
    End Horizontal offset: 1.0 "6ECgyD+E!  
    End vertical offset: 0.05 B$Z3+$hfF  
    Channel Thickness Tapering: Use Default =DbY?Q<Q  
    Width: 0.1 q=Zr>I;(Ks  
    Depth: 0.0 Joe_PS  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 SzD KByi  
    d5 Edu44  
    7.加入水平平面波: 4\ c,)U}  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: \VMD$zZx  
    Input field Transverse: Rectangular e?0q9W  
    X Position: 0.5 #:x4DvDkR  
    Direction: Negative Direction V D?*h  
    Label: InputPlane1 smY$-v)@  
    2D Transverse: <|Yj%f  
    Center Position: 4.5 P>Euq'ajX  
    Half width: 5.0 tirIgZ  
    Titlitng Angle: 45 kUx&pYv  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 J<gJc*Q  
    图2.波导结构(未设置周期)
    o\otgyoh  
    W=B"Q qL  
    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。 x"P);su  
    将Linear2代码段修改如下: |WryBzZ>on  
    Dim Linear2 DHC+C4  
    for m=1 to 8 \<0B1m  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) iZ3W"Vd`b  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 UM*jKi2]"  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" |wE3UWsy  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" -m= 8&B  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" HBE.F&C88  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" PYRd] %X  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" p}b/XnV$~  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True q_W0/Ki8  
    SHb(O<6  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 bOp54WI-g  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    8x{B~_~  
    S\6[EQ65  
    设置仿真参数 Nr<`Z  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Si 9Z>MR  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: L(>=BK*  
    TE simulation +|Hioq* ,t  
    Mesh Delta X: 0.015 'D1A}X  
    Mesh Delta Z: 0.015 ,fIe&zq  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps gkBdR +  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 w6dFb6~R  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 -F"Q EL#  
            其它参数保持默认 yV3^Qtb!  
    运行仿真 (R~]|?:wt  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 9mc!bj^811  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 0Z<I%<8bK  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 {K{EOB_u  
    Lj\/Ji_  
    远场分析衍射 X2mREt9  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” C9DJO:f.2y  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 _qqr5NU  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 lDC$F N  
    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) K-<^ $VWh  
    图4.远场计算对话框
    aq+Y7IR_  
    AB Xl  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: !|q<E0@w\  
    Wavelength: 0.63 zOEY6lAwI  
    Refractive index: 1.5+0i SjjIr ^  
    Angle Initial: -90.0 1pv}]&X  
    Angle Final: 90.0 %u^ JpC{E  
    Number of Steps: 721 K'iIJA*Sn  
    Distance: 100, 000*wavelength !{n<K:x1  
    Intensity o[ENp'r  
    ultG36.x  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 GBFw+v/|4  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 }),w1/#5u8  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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