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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: N%dY.Fk  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。  LCor T-  
    •光栅布局模拟和后处理分析 {`!6w>w0  
    布局layout KU|W85ye  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 @z1QoZ^w  
    图1.二维光栅布局
    /vSGmW-*  
    QX=TuyO  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ?Lg<)B9   
    _ $F=A  
    步骤: 5#.m'a)  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 vi##E0,N'^  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 +e{ui +  
    Wafer Dimensions: 9JA@m  
    Length (mm): 8.5 5iA>Z!sP[  
    Width (mm): 3.0 w;O-ATUzN  
    \?n6l7*t>  
    2D wafer properties: *Jsb~wta  
    Wafer refractive index: Air <XLae'R  
    3 点击 Profiles 与 Materials. t% qep|  
    )L b` 4B  
    在“Materials”中加入以下材料 r2RJb6  
    Name: N=1.5 VIAq$iu7  
    Refractive index (Re:): 1.5 \!^=~` X-  
    #*iUZo  
    Name: N=3.14 r&LZH.$oh  
    Refractive index (Re:): 3.14 _lv{8vf1B  
    fI`Ez!w0  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 1/-3m Po  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ]9YA~n\  
    2D profile definition, Material: n=3.14 IWo'{pk  
    BE0l2[i?  
    Name: ChannelPro_n=1.5 SJiQg-+<Uf  
    2D profile definition, Material: n=1.5 sC3Vj(d!i  
    .z#eYn% d  
    6.画出以下波导结构: v2x+_K}J  
    a. Linear waveguide 1 dj0%?g>  
    Label: linear1 7i"b\{5  
    Start Horizontal offset: 0.0 /9_%NR[  
    Start vertical offset: -0.75 2^'Ec:|f  
    End Horizontal offset: 8.5 lj<Sa  
    End vertical offset: -0.75 [<XYU,{R  
    Channel Thickness Tapering: Use Default >w.;A%|N  
    Width: 1.5 VP1hocW  
    Depth: 0.0 A+l(ew5Lw$  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 `rn/H;r!Z  
    R'gd/.[e  
    b. Linear waveguide 2 EDnNS  
    Label: linear2 Au2?f~#Fv  
    Start Horizontal offset: 0.5 m7k }k)  
    Start vertical offset: 0.05 DdR0u0JH0  
    End Horizontal offset: 1.0 QT c{7&  
    End vertical offset: 0.05 GQ1/pys  
    Channel Thickness Tapering: Use Default b+~_/;Y9  
    Width: 0.1 T<*)Cdid  
    Depth: 0.0 h3`}{ w  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 kP`#zwp'Ci  
    *EuX7LEu_  
    7.加入水平平面波: GFFwk4n1  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: }#s{."  
    Input field Transverse: Rectangular 6w<rSUd'  
    X Position: 0.5 :)lS9<Y}  
    Direction: Negative Direction [63\2{_^v  
    Label: InputPlane1 EV( F!&  
    2D Transverse: uX-^ 9t  
    Center Position: 4.5 s)WA9PiC  
    Half width: 5.0 0`E G-Hw  
    Titlitng Angle: 45 [!)HWgx  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 T U6s~  
    图2.波导结构(未设置周期)
    AFi_P\X  
    M0$MK>  
    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。 bll[E}E|3  
    将Linear2代码段修改如下: fnq 3ic"V  
    Dim Linear2 6,5h4[eF*  
    for m=1 to 8 MFROAVPZ5  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ?pZ"7kkD  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 qy'-'UlIr  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" K/zb6=->  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" %?[gBf[y  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ,\i*vJ#f  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" {^1O  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" |tAkv  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True g(pr.Dw6  
    b>ZAkz)U+  
    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。 z I2DQ] 9  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    E n7~wKF  
    lo!pslqsn  
    设置仿真参数 zg ,=A?  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 *IOrv)  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: *+*W# de.  
    TE simulation [2,D]e  
    Mesh Delta X: 0.015 @RPQ 1da  
    Mesh Delta Z: 0.015 {ENd]@N*  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ;h1hz^Wq  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 QKjn/%l"@  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 rf=l1GW  
            其它参数保持默认 ZV--d'YiEm  
    运行仿真 PPl o0R  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 \lG)J0  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 d0B`5#4  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 U@q5`4-!8  
    x_~_/&X5  
    远场分析衍射 Y/J~M$9P,  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” $,K@xq5  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 f+9WGNpw  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 c@g(_%_|2  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) /)kJ iV  
    图4.远场计算对话框
    +\ftSm>  
    w)ki<Dudg  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: `V9bd}M%~;  
    Wavelength: 0.63 J.R]) &CB  
    Refractive index: 1.5+0i w=]A;GgA  
    Angle Initial: -90.0 xxs +=.2  
    Angle Final: 90.0 :|9vMM^$  
    Number of Steps: 721 u D(C jHM>  
    Distance: 100, 000*wavelength D]_6OlIE#'  
    Intensity 'Y @yW3K  
    hrnE5=iY  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 NxF:s,a6  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 >TglX t+  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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