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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: kG7q4jFwP  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 -B-nTS`  
    •光栅布局模拟和后处理分析 bstc|8<  
    布局layout f: h.O# d>  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 kMHupROj  
    图1.二维光栅布局
    dik+BBu5z  
    t-$R)vZ}M  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 -/.Xf<y58  
    VBIY[2zf  
    步骤: *$Df)iI6  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ec4jiE  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ]r{-K63P{!  
    Wafer Dimensions: s}d1 k  
    Length (mm): 8.5 KGclo-,  
    Width (mm): 3.0 l*|^mx^Q  
    "3*Chc  
    2D wafer properties: Xh/i5}5 t  
    Wafer refractive index: Air j3bTa|UdT  
    3 点击 Profiles 与 Materials. (c<Krc h  
    wR?M2*ri  
    在“Materials”中加入以下材料  h7-!q@  
    Name: N=1.5 lMX 2O2 o  
    Refractive index (Re:): 1.5 >69+e+|I  
    Hb3+$vJ^  
    Name: N=3.14 Eg"DiI)7  
    Refractive index (Re:): 3.14 q9RCXo>Y+1  
    ->oQ,ezB  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Vs~^r>  
    Name: ChannelPro_n=3.14 B8^tIq  
    2D profile definition, Material: n=3.14 W%f:+s}cI  
    &t +   
    Name: ChannelPro_n=1.5 0}YR=  
    2D profile definition, Material: n=1.5 "-4V48ci  
    mN^92@eebC  
    6.画出以下波导结构: ?gb"S,  
    a. Linear waveguide 1 ?=]`X=g 6  
    Label: linear1 nu] k<^I5|  
    Start Horizontal offset: 0.0 3,bA&c3  
    Start vertical offset: -0.75 FX"%  
    End Horizontal offset: 8.5 Z1FO.[FV  
    End vertical offset: -0.75 "3{xa;c  
    Channel Thickness Tapering: Use Default z[DUktZl  
    Width: 1.5 PXcpROg56  
    Depth: 0.0 eB78z@  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 TR,,=3n  
    JEX{jf  
    b. Linear waveguide 2 C|Bk'<MI  
    Label: linear2 >wjWX{&?  
    Start Horizontal offset: 0.5 )^uLZMNaI  
    Start vertical offset: 0.05 c h<Fi%)  
    End Horizontal offset: 1.0 X-! yi  
    End vertical offset: 0.05 0}qij  
    Channel Thickness Tapering: Use Default i+yqsYKO  
    Width: 0.1 cI4%z eR  
    Depth: 0.0 L`YnrDZK  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 +vkqig  
    |2X Et\P  
    7.加入水平平面波: ^ 3LM%B  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: xTX\% s|  
    Input field Transverse: Rectangular %5*gsgeI  
    X Position: 0.5 PGMu6$  
    Direction: Negative Direction |H5){2V>K  
    Label: InputPlane1 Z~8Xp  
    2D Transverse: R:B-4  
    Center Position: 4.5 1 ,oC:N  
    Half width: 5.0 ]DdD FLM  
    Titlitng Angle: 45 MC/$:PV  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 qFW- ~T  
    图2.波导结构(未设置周期)
    c6s*u%+},  
    K;G1cFFyG  
    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。 bvn?wK   
    将Linear2代码段修改如下: r!yrPwKL  
    Dim Linear2 jHBn^Nly  
    for m=1 to 8 g?UG6mFbE  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) F8Y D:   
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 OekcU% C  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" aZ2liR\QE  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" E8=.TM]L  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" &6,GX7]Fo  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" dW<.  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" $I-$X?  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True YWM$%   
    b ,7:=-D  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 GY<Y,  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    u.0Z)j}N  
    7'j?GzaQ+  
    设置仿真参数 KU3lAjzN  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 :D-d`OyjG>  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: g GN[AqR  
    TE simulation IoJkM-^H&)  
    Mesh Delta X: 0.015 p{!aRB%  
    Mesh Delta Z: 0.015 u~Q0V J~  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps KwWqsuju  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 G-Z_pGer^  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 A2Rr*e  
            其它参数保持默认 )qD%5} t  
    运行仿真 d#I'9O0&  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 17H_>a\`  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 tHXt*tzq  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 H]"Z_n_  
    .Q?cNSWU  
    远场分析衍射 Mc~(S$FU$  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 9fvy)kX;s  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 (p68Qe%OuG  
    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 ,\[&%ph  
    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) 0Apdhwk~  
    图4.远场计算对话框
    ,y,NVF  
    HV&N(;@  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ( E&}SI~  
    Wavelength: 0.63 ;_of'  
    Refractive index: 1.5+0i 9Z6] ];8E  
    Angle Initial: -90.0 :doP66["!  
    Angle Final: 90.0 <y6M@(b  
    Number of Steps: 721 s41<e"  
    Distance: 100, 000*wavelength "X>Z!>  
    Intensity ! s?vj <  
    n O$(\ z)  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 B y6:  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 YQ 4;X8I`r  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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