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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: L_Lhmtm}m  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ]T1\gv1~  
    •光栅布局模拟和后处理分析 &v g[k#5  
    布局layout %v, a3^Qu  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 wlw`%z-B2  
    图1.二维光栅布局
    V~"-\@  
    O("13cU  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 n1;zml:7_  
    WADAp\&  
    步骤: ^H~g7&f9?N  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 K%WG[p\Eu  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 VrnZrQj<  
    Wafer Dimensions: 9 y{R_  
    Length (mm): 8.5 #(G"ya  
    Width (mm): 3.0 "-:-!1;Ji  
    JbLHW26pl  
    2D wafer properties: 'QC'*Hl  
    Wafer refractive index: Air G:i>MJbxT  
    3 点击 Profiles 与 Materials. Fb\ E39  
    hK 1 H'~c  
    在“Materials”中加入以下材料 !YENJJ  
    Name: N=1.5 Y>SpV_H%  
    Refractive index (Re:): 1.5 xt1Ug~5  
    v^3s?V D  
    Name: N=3.14 f:KZP;/[c  
    Refractive index (Re:): 3.14 %abc -q  
    6\vaR#  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: k]9+/ $  
    Name: ChannelPro_n=3.14 \/F*JPhy  
    2D profile definition, Material: n=3.14 C zb: nyRj  
    3#N`n |UgC  
    Name: ChannelPro_n=1.5 UOn:@Qn  
    2D profile definition, Material: n=1.5 aI_[h v  
    *NCkC ~4  
    6.画出以下波导结构: dry>TXG*  
    a. Linear waveguide 1 KtD XB>  
    Label: linear1 qijQRxS  
    Start Horizontal offset: 0.0 k c /"  
    Start vertical offset: -0.75 @wcrtf~{)&  
    End Horizontal offset: 8.5 Nj=0bg"Qg5  
    End vertical offset: -0.75 U<I]_]  
    Channel Thickness Tapering: Use Default RwUosh\W  
    Width: 1.5 K@tELYb  
    Depth: 0.0 *=X61`0  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 REWW(.3o  
    @ )Nw>/; o  
    b. Linear waveguide 2 @K\ hgaQ  
    Label: linear2 Q$b4\n?44  
    Start Horizontal offset: 0.5 ]DjnzClx  
    Start vertical offset: 0.05 G124! ^  
    End Horizontal offset: 1.0 X8y :=k,E  
    End vertical offset: 0.05 jM: |%o  
    Channel Thickness Tapering: Use Default &[P(}??Y\  
    Width: 0.1 ujS C  
    Depth: 0.0 ;e6L@)dp9  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 oc;4;A-;`c  
    LjCUkbzQF  
    7.加入水平平面波: = ( 4l  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: &Gs/#2XQ  
    Input field Transverse: Rectangular 9D]bCi\  
    X Position: 0.5 lf#5X)V  
    Direction: Negative Direction Dg*'n  
    Label: InputPlane1 r-o+NV  
    2D Transverse: B*:W`}G]_c  
    Center Position: 4.5 lC@wCgc  
    Half width: 5.0 *#83U?  
    Titlitng Angle: 45 v^aI+p6  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Zi{vEI]  
    图2.波导结构(未设置周期)
    /sr. MT  
    %OOy90b2  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 T%4yPmY  
    将Linear2代码段修改如下: 5E^P2Mlc  
    Dim Linear2 kgd dq  
    for m=1 to 8 3hcWR'|  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) {01^xn.  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 !m8T< LtMl  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" (t5vBUj  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" mYbu1542'n  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" |lN=q44I  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ? (M$r\\  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" a]!u go}  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True @H}{?-XyA  
    wb ^>/  
    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。 [9yd29pQ]  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    sl`?9-_[  
    |Xmzq X%  
    设置仿真参数 f9t+x+ Z  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 i ^, $/  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: [8>#b_>  
    TE simulation :XOjS[wBm  
    Mesh Delta X: 0.015 #vc!SI  
    Mesh Delta Z: 0.015 H(kxRPH4@]  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ~5>TMIDiuR  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 f#-\*  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 q#K0EAgC  
            其它参数保持默认 nfh<3v|kvR  
    运行仿真 |@VhR(^O$  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 pZ]&M@Ijp  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 =&PO_t5)z  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 JOyM#g9-?  
    !Ej?9LHo  
    远场分析衍射 Y=,9M  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” (:R5"|]@<x  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 O^8=Xj#}  
    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 #mD_<@@  
    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) +0%Y.O/{  
    图4.远场计算对话框
    Jl|^^?  
    ";^_[n  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: j+e s  
    Wavelength: 0.63 `JyI`@,!  
    Refractive index: 1.5+0i [E/. r{S  
    Angle Initial: -90.0 JW"`i   
    Angle Final: 90.0 ]Bs{9=2  
    Number of Steps: 721 ` l %,4qR  
    Distance: 100, 000*wavelength ru|*xNXKgC  
    Intensity VxE;tJ>1  
    kOC0d,  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 dj}|EW4  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 3GrIHiC r  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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