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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: HTA Jn_  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 OW;]= k/(  
    •光栅布局模拟和后处理分析 [2:Q.Zj  
    布局layout vvwNJyU-  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 E9i M-Lw  
    图1.二维光栅布局
    8c3Qd  
    ]yy10Pk[!  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 %We~k'2f  
    cxn3e,d`  
    步骤: D6fry\  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 p3`ND;KQ  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 gMS-mkZ  
    Wafer Dimensions: ]3nka$wA*  
    Length (mm): 8.5 @9Rg g9r  
    Width (mm): 3.0 xEb+sE6Z  
    |uf{:U)  
    2D wafer properties: fMgB!y"Em  
    Wafer refractive index: Air DryN}EMOKD  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ZCVwQ#Xe+  
    78T9"CS  
    在“Materials”中加入以下材料 }8`W%_Yk  
    Name: N=1.5 GgwO>[T  
    Refractive index (Re:): 1.5 {}RE;5n\['  
    |*W_  
    Name: N=3.14 d^p af  
    Refractive index (Re:): 3.14 bk^W]<:z`  
    1j"_@?H[  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: dNK Q&TC  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ;;;aM:6\  
    2D profile definition, Material: n=3.14 [;~:',vHQf  
    FOz~iS\  
    Name: ChannelPro_n=1.5 HGM? ?=  
    2D profile definition, Material: n=1.5 iYJ:P  
    S5'ZKk  
    6.画出以下波导结构: nE;^xMOK!  
    a. Linear waveguide 1 A@M%}h  
    Label: linear1 J'{69<`Dl  
    Start Horizontal offset: 0.0 :4JqT|nS  
    Start vertical offset: -0.75 OI/m_xx@j  
    End Horizontal offset: 8.5 z B/#[~  
    End vertical offset: -0.75 '9d<vW g  
    Channel Thickness Tapering: Use Default {<$ D|<S  
    Width: 1.5 Lxz!>JO>  
    Depth: 0.0 vz$-KT4e^  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 TNun)0p  
    A)v! {  
    b. Linear waveguide 2 / ,Unp1D  
    Label: linear2 *WTmS2?'h  
    Start Horizontal offset: 0.5 J5Pi"U$FkY  
    Start vertical offset: 0.05 ygI81\ D  
    End Horizontal offset: 1.0 4PdJ  
    End vertical offset: 0.05 =T7lv%u  
    Channel Thickness Tapering: Use Default vl}fC@%WRI  
    Width: 0.1 *S _[8L"  
    Depth: 0.0 #WE"nh9f|z  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Z!#n55 |  
    f[r?J/;P9  
    7.加入水平平面波: B"; >zF  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: hv. 33l  
    Input field Transverse: Rectangular MC\rx=cR\  
    X Position: 0.5 @bfW-\ I  
    Direction: Negative Direction ,EsPm'`?A/  
    Label: InputPlane1 [te9ui%JS  
    2D Transverse: _T\/kJ)Q\  
    Center Position: 4.5 KkD.n#A  
    Half width: 5.0 Jeb"t1.$  
    Titlitng Angle: 45 Xgb ~ED]  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 KH=4A-e,0  
    图2.波导结构(未设置周期)
    s<#["K*_  
    +,8j]<wpo  
    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。 *;N6S~_'Y  
    将Linear2代码段修改如下: ,?k0~fuG6  
    Dim Linear2 cpY'::5.%  
    for m=1 to 8  <xn96|$  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) UYw_k\  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 l(Y U9dp  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" c>~q2_} W(  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" P }BU7`8  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 44r@8HO1  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" KCDbE6  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" |M;tAG$,"y  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True o x|K2A  
    S`w_q=-^8  
    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。 aB $xQ|~  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    !<EQVqj6  
    l^~E+F~  
    设置仿真参数 Sh@en\m=#S  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 BI|BfO%F$j  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ~ k(4eRq  
    TE simulation ( M$2CL  
    Mesh Delta X: 0.015 }piDg(D  
    Mesh Delta Z: 0.015 %@q/OVnM  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps (9!/bX<  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ezz;NH  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 NT1"?Thx|  
            其它参数保持默认 'B"A*!" b  
    运行仿真 -O~ V4004  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 s:p6oEQ=J  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 BH;7CK=7R  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 |Q|vCWel{  
    M~!DQ1u  
    远场分析衍射 |0wHNRN_  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 6he (v  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 l<DpcLX  
    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 g!![%*' b  
    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) s{Wj&.)M  
    图4.远场计算对话框
    ' K\ $B_  
    PV(TDb:0  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: /c4@QbB  
    Wavelength: 0.63 )@hG#KMK  
    Refractive index: 1.5+0i QBD\2VR  
    Angle Initial: -90.0 }#bX{?f  
    Angle Final: 90.0 \9Yc2$dY  
    Number of Steps: 721 $qp,7RW  
    Distance: 100, 000*wavelength 2 D vKW%;  
    Intensity /4xp?Lo:  
    6xC$R q  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 sM  _m  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 .ou#BWav/  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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