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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: (t&`m[>K  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 bG"FN/vg  
    •光栅布局模拟和后处理分析 3k>#z%//  
    布局layout $ e L-fg  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 KK >j V  
    图1.二维光栅布局
    &@{`{  
    +PsR*T  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 uA =%EEZ  
    !<j4*av:G  
    步骤: +,R!el!o~u  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 _(gkYJ+MK  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 6A5.n?B{  
    Wafer Dimensions: :+QNN<  
    Length (mm): 8.5 (JdheCq!x  
    Width (mm): 3.0 mMZrBz7r  
    tAep_GR  
    2D wafer properties: ?xMTO  
    Wafer refractive index: Air MW +DqT.h  
    3 点击 Profiles 与 Materials. By!u*vSev  
    gzVZPvTPE  
    在“Materials”中加入以下材料 }D)eS |B  
    Name: N=1.5 Yyd}>+|<,  
    Refractive index (Re:): 1.5 3;}YW^oXq  
    qA!4\v={  
    Name: N=3.14 +ru`Zw5,  
    Refractive index (Re:): 3.14 O\;Lb[`lb  
    [X@{xF^vBQ  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: k 75 p  
    Name: ChannelPro_n=3.14 jZidT9[g  
    2D profile definition, Material: n=3.14 6.45^'t]  
    "N &ix*($  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ph(LsPT-  
    2D profile definition, Material: n=1.5 [-Y~g%M  
    ~MB)}!S:  
    6.画出以下波导结构: 5lzbg   
    a. Linear waveguide 1 DtGkhq;  
    Label: linear1 |SMigSu r`  
    Start Horizontal offset: 0.0 B&59c*K  
    Start vertical offset: -0.75 .L#4#IO  
    End Horizontal offset: 8.5 d72 yu3  
    End vertical offset: -0.75 RDQ]_wsyKG  
    Channel Thickness Tapering: Use Default kn3GgdU  
    Width: 1.5 ^qC.bv]&  
    Depth: 0.0 `'r]Oe  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 r:0RvWif  
    /M]P&Zb |  
    b. Linear waveguide 2 lc fAb@}2  
    Label: linear2 n 78!]O  
    Start Horizontal offset: 0.5 U$a)lcJd  
    Start vertical offset: 0.05 p*cyW l  
    End Horizontal offset: 1.0 (qc <'$o  
    End vertical offset: 0.05 PPpaH!(D  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Edh9=sxL  
    Width: 0.1 ~KGE(o4p  
    Depth: 0.0 4Vf-D% h>a  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Qqb%^}Xx'u  
    h;} fdk  
    7.加入水平平面波: @c8RlW/A  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: #vy[v22  
    Input field Transverse: Rectangular KU+u.J  
    X Position: 0.5 E:\#Ur2  
    Direction: Negative Direction n.5M6i/~a  
    Label: InputPlane1 Avljrds+7  
    2D Transverse: BgCEv"G5  
    Center Position: 4.5 )Rk(gd  
    Half width: 5.0 X&49C:jN  
    Titlitng Angle: 45 {}" <  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 TK> ~)hc}  
    图2.波导结构(未设置周期)
    O6-';H:I]L  
    +['1~5  
    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){ODyk  
    将Linear2代码段修改如下: 9*n?V;E  
    Dim Linear2 [["eK9 }0  
    for m=1 to 8 LG("<CU  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) @frV:%  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 |N^8zo :  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Uul5h8F  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 9dp4&&Z+F  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" DYZk1  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" JGzEm>_ m  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" !,7)ZW?*8  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True (8W ?ym  
    ^q}phj3E  
    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。 $Zrc-tkV  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Je'%EJ  
    pnv)D}"  
    设置仿真参数 G&6`?1k  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 fE>JoQs38  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ?6MUyH]a  
    TE simulation PEKXPF N  
    Mesh Delta X: 0.015 mG *Yv  
    Mesh Delta Z: 0.015 6TQ[2%X'  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps O6q5qA  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 _t X1z ^  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 mI^S% HT  
            其它参数保持默认 { ux'9SA  
    运行仿真 vhU $GG8  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 J?&%fI  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 6k|f]BCL  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 1yc$b+TH  
    j3 @Q  
    远场分析衍射 `Z2-<:]6&a  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” e&<=+\ul  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 2rf#Bq?7  
    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 8*]dA ft  
    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) ~>%% kQt  
    图4.远场计算对话框
    xCu\jc)2  
    Fcn@j#[J  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: B|AIl+y  
    Wavelength: 0.63 r8_MIGM'  
    Refractive index: 1.5+0i ^w jMu5f  
    Angle Initial: -90.0 }hc+ENh  
    Angle Final: 90.0 (. $e@k=  
    Number of Steps: 721 +5Y;JL<%/  
    Distance: 100, 000*wavelength a7z% )i;Z  
    Intensity ]6WP;.[  
    |A)a ='Ap  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 'z};tIOKJk  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 %L  nG^L  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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