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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: U^DR'X=  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 &g0r#K  
    •光栅布局模拟和后处理分析 h=n\c6Q  
    布局layout b.}J'?yLm  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 yZNg[KH  
    图1.二维光栅布局
    <KStl fX  
    h7m$P^=U  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 U9 Q[K`  
    5>=4$!`  
    步骤: 04}c_XFFE  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 RmO kb~  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 oJ#;XR  
    Wafer Dimensions: rg]z  
    Length (mm): 8.5 Eq8:[o  
    Width (mm): 3.0 J%!vhQ  
    P86wRq  
    2D wafer properties: cA| n*A-j<  
    Wafer refractive index: Air _=cuOo"!  
    3 点击 Profiles 与 Materials. BE0Xg  
    60D6UW  
    在“Materials”中加入以下材料 77]lp mC  
    Name: N=1.5 0j}@lOt(  
    Refractive index (Re:): 1.5 ,XN4Iy#BZl  
    {7 ](-  
    Name: N=3.14 58`Dcx,yJ  
    Refractive index (Re:): 3.14 $H/: -v  
    X2P8Zq=%a  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ]IDhE{  
    Name: ChannelPro_n=3.14 _U,Hi?b"$}  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Q]dKyMSSA  
    y"K[#&,0  
    Name: ChannelPro_n=1.5 li#ep?5h^  
    2D profile definition, Material: n=1.5 y`7b3*P  
    G1 I<B  
    6.画出以下波导结构: SWT)M1O2  
    a. Linear waveguide 1 '?3(&  
    Label: linear1 Zl.,pcL  
    Start Horizontal offset: 0.0 S]4!uv^y  
    Start vertical offset: -0.75 wawJZ+V  
    End Horizontal offset: 8.5 gXY]NWI  
    End vertical offset: -0.75 kp6&e  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Ksk[sf?J&  
    Width: 1.5 f/m0,EERk  
    Depth: 0.0 5E}]U,$  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 7dR]$ ~+*e  
    X'xnJtk  
    b. Linear waveguide 2 e YiqTWn:  
    Label: linear2 ~{{7y]3M-  
    Start Horizontal offset: 0.5 Ldy(<cN  
    Start vertical offset: 0.05 x}{O9LiR  
    End Horizontal offset: 1.0 _d>{Hz2  
    End vertical offset: 0.05 ^t`0ul]c  
    Channel Thickness Tapering: Use Default X3~@U7DU  
    Width: 0.1 ^5k~ 7F.  
    Depth: 0.0 8LY^>.  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 9j 0o)]  
     / w[Tu  
    7.加入水平平面波: V~$?]Z%_  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: FgR9$ is+  
    Input field Transverse: Rectangular AMK(-=  
    X Position: 0.5 JC/nHM  
    Direction: Negative Direction DIkf#}  
    Label: InputPlane1 @z=L\ e{  
    2D Transverse: 5d-rF:#  
    Center Position: 4.5 XXXQAY-,C  
    Half width: 5.0 U@53VmrOy  
    Titlitng Angle: 45 J2$,'(!(  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Kv ajk~  
    图2.波导结构(未设置周期)
    R^INl@(O  
    =i},$"Bf*%  
    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。 Lx| 0G $  
    将Linear2代码段修改如下: <2N=cH'  
    Dim Linear2 \ AB)L{  
    for m=1 to 8 cXb&Rm' L  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) HzsQ`M4cA  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 zT>BC}~.b  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" mgb+HNH%q\  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" c/l^;6O/!\  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ss`Sl$  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" )kYDN_W  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" z00,Vr^m  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True _s}`ohKvD  
    q RRvZhf  
    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。 :*YnH&  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    x }]"jj2x  
    /E:BEm!  
    设置仿真参数 VL|Z+3L  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 yl0;Jx?  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: yA';~V\V{>  
    TE simulation /<"ok;Pu7  
    Mesh Delta X: 0.015 /Zxq-9   
    Mesh Delta Z: 0.015 Q 87'zf  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps LG??Q+`l  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 B`)bo}h  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 gJ^taUE  
            其它参数保持默认 {vQ:4O!:  
    运行仿真 }L=Qp=4  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 7;pQ'FmZJ  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 QZuKM'D+  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 $weC '-n@  
    aj<r=  
    远场分析衍射 xtK\-[n  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” p =-~qBw  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 w: mm@8N  
    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 F^5\w-gLY  
    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) hoLA*v2<  
    图4.远场计算对话框
    )_6W@s  
    [GcW*v  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: R \]C;@J<  
    Wavelength: 0.63 DVDzYR**4  
    Refractive index: 1.5+0i |7${E^u  
    Angle Initial: -90.0 x~K79Mya  
    Angle Final: 90.0 o'8nQ Tao  
    Number of Steps: 721 7xfS%'=y"  
    Distance: 100, 000*wavelength /QQjb4S}  
    Intensity YPA$38  
    #$F*.vQSs+  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 /Pg)@*~  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Q 9E.AN  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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