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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: {|Pg]#Wi&  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 |8:IH@K*  
    •光栅布局模拟和后处理分析 2[; 4D/`*  
    布局layout zx7g5;J  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 %JsCw8C6?  
    图1.二维光栅布局
    ee+*&CT)  
    ER ^#J**  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 J_H=GHMp}  
    d77->FX2  
    步骤: jwe^(U  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 E7K(I ?  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 * t-Wol  
    Wafer Dimensions: ZI0C%c.~  
    Length (mm): 8.5 {ejJI/o0  
    Width (mm): 3.0 {}W9m)I  
    X^!1MpEQ  
    2D wafer properties: b# RTHe&X  
    Wafer refractive index: Air n:#gKR-J  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ;Wws;.~  
    OK6c"*<z  
    在“Materials”中加入以下材料 av.L%l&d  
    Name: N=1.5 s:fy *6=[Z  
    Refractive index (Re:): 1.5 mK>c+ u)  
    B"903 g 1  
    Name: N=3.14 j=Co  
    Refractive index (Re:): 3.14 =mq02C~y  
    dg?[gD8!4&  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: }z$_=v  
    Name: ChannelPro_n=3.14 3,QsB<9Is  
    2D profile definition, Material: n=3.14 +$b_,s  
    _W3>Km-A=/  
    Name: ChannelPro_n=1.5 $<~o,e-4  
    2D profile definition, Material: n=1.5 .8O.  
    tsLi5;KA]  
    6.画出以下波导结构: J!5>8I(_wX  
    a. Linear waveguide 1 7a4b,-93  
    Label: linear1 f-O`Pp FQ  
    Start Horizontal offset: 0.0 ;Rz+4<  
    Start vertical offset: -0.75 PZDj)x_%B&  
    End Horizontal offset: 8.5 ,hV}wK!  
    End vertical offset: -0.75 J=*X%^jX9Z  
    Channel Thickness Tapering: Use Default J'%  
    Width: 1.5 Jp0*Y-*Y  
    Depth: 0.0 _2wU(XYH  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 -S ASn  
    2[#7YWs  
    b. Linear waveguide 2 %DKQ   
    Label: linear2 +] .Zs<  
    Start Horizontal offset: 0.5 _"Bh 3 7  
    Start vertical offset: 0.05 =xa:>Vh#  
    End Horizontal offset: 1.0 QNk\y@yKw  
    End vertical offset: 0.05 8l, R|$RKP  
    Channel Thickness Tapering: Use Default mo$`a6[h<  
    Width: 0.1 \}:&Hl+  
    Depth: 0.0 R`_RcHY:  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Q}A*{9#|  
    ["N)=d|LS  
    7.加入水平平面波: #K5)Rb-H  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 7AE)P[  
    Input field Transverse: Rectangular RP"YSnF3  
    X Position: 0.5 }AZ0BI,TI  
    Direction: Negative Direction N<e=!LV  
    Label: InputPlane1 ~ .FZF  
    2D Transverse: rhLm2q  
    Center Position: 4.5 s Y^#I  
    Half width: 5.0 +E{'A7im8=  
    Titlitng Angle: 45 )_|;h2I  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 O e-FI+7  
    图2.波导结构(未设置周期)
     &Ow[  
    u; c)T t  
    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。 E&}@P0^  
    将Linear2代码段修改如下: #LGAvFA*_F  
    Dim Linear2 rYp]RX>  
    for m=1 to 8 L=ala1{O  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Q*W`mFul  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 v(=?ge YLo  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" g3} K  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ?gp:uxq,.  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 8f""@TTp  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" HI` q!LPv  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" &.> 2@  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True O0"u-UX{  
    ypCarvQT  
    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。 baD`k?](  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    x*Lm{c5+  
    K,!"5WrX*  
    设置仿真参数 <6 LpsM}  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 1Q&\y)@bT  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: \c"{V-#o\  
    TE simulation mHm"QBa!  
    Mesh Delta X: 0.015 3kTOWIX  
    Mesh Delta Z: 0.015 yX^/Oc@j  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps b6@(UneVM  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 oi@hZniP?  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 lWVvAoe  
            其它参数保持默认 ^7q qO%  
    运行仿真 dB{VY+!  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 W? `%it5  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 lK}W%hzU  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 TqvgCk-  
    0|RFsJ"  
    远场分析衍射 |#y+iXTJ   
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” kw%vO6"q(  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 C J@G8>  
    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 l7+[Zn/v *  
    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) 7Fg-}lJAC  
    图4.远场计算对话框
    7a,/DI2o  
    u%o2BLx  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: lURL;h  
    Wavelength: 0.63 0Gq}x;8H&  
    Refractive index: 1.5+0i 1>KZ1Kf  
    Angle Initial: -90.0 _P^ xX'v  
    Angle Final: 90.0 *!~jHy8F  
    Number of Steps: 721 ~ AU!Gm.  
    Distance: 100, 000*wavelength 6N6}3J5  
    Intensity 7U@;X~c  
    &Z.zem?n  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 #@i1jZ  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 3M?vK(zG>P  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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