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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: =2( 52#pT  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 G?LC!9MB  
    •光栅布局模拟和后处理分析 NQuqM`LSQ  
    布局layout 5c}loOq  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 5`e;l$ M`  
    图1.二维光栅布局
    /CyFe<t  
    (U$;0`  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 XABP}|aWK  
    Dpu?JF]  
    步骤: [OOQ0c~  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 4Ng:7C2  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 >0iCQKq  
    Wafer Dimensions: <VstnJo`Z  
    Length (mm): 8.5 l+&DBw[  
    Width (mm): 3.0 `S4*~Xx  
    u.n'dF-  
    2D wafer properties: +3XaAk  
    Wafer refractive index: Air `ItoL7bi  
    3 点击 Profiles 与 Materials. kd"nBb=  
    Hq gg*4#  
    在“Materials”中加入以下材料 -~JYfj@  
    Name: N=1.5 CGK]i. N  
    Refractive index (Re:): 1.5 Z 1wtOL  
    ..BP-N)V)  
    Name: N=3.14 [r Nd7-j <  
    Refractive index (Re:): 3.14 `Xeiz'~f8  
    0:I<TJ~P  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: P'}B5 I~  
    Name: ChannelPro_n=3.14 EBL-+%J8  
    2D profile definition, Material: n=3.14 _4nm h0q4  
    X}x\n\Z  
    Name: ChannelPro_n=1.5 h0dZr-c  
    2D profile definition, Material: n=1.5 E8nj_ ^Z  
    O/#uQn}  
    6.画出以下波导结构: d)Z&_v<|  
    a. Linear waveguide 1 B1U!*yzG6  
    Label: linear1 `x>6Wk1  
    Start Horizontal offset: 0.0 )/Eu=+d  
    Start vertical offset: -0.75 Pe\Obd8d  
    End Horizontal offset: 8.5 $~1mKx]]  
    End vertical offset: -0.75 !kb:g]X  
    Channel Thickness Tapering: Use Default XHJ` C\xR  
    Width: 1.5 !J@!2S 9  
    Depth: 0.0 tq'ri-c&b  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 FZ]+(Q"]:  
    #M'V%^xP  
    b. Linear waveguide 2 l.g.O>1   
    Label: linear2 `s UY$Q  
    Start Horizontal offset: 0.5 y4IQa.F  
    Start vertical offset: 0.05 d8 Jf3Mo  
    End Horizontal offset: 1.0 Z'!ORn#M  
    End vertical offset: 0.05 / bH2Z  
    Channel Thickness Tapering: Use Default |`o1B;lc  
    Width: 0.1 @K*W3&TO  
    Depth: 0.0 lEHXh2  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 /|}yf/^9X  
     !j%  
    7.加入水平平面波: +|X`cmnuU  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: &!WRa@x0I  
    Input field Transverse: Rectangular H-u SdT  
    X Position: 0.5 r1vS~ 4Z  
    Direction: Negative Direction @+p(%  
    Label: InputPlane1 M?}:N_9<J  
    2D Transverse: o37oRv]  
    Center Position: 4.5 dy5}Jn%L  
    Half width: 5.0 $$o(  
    Titlitng Angle: 45 ~QPTs1Vk8  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ;Sg.E 8  
    图2.波导结构(未设置周期)
    x6!Q''f7  
    BaIuOZ@,  
    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。 LA 2/<:  
    将Linear2代码段修改如下: #l: 1R&F  
    Dim Linear2 6P>}7R}  
    for m=1 to 8 ,!%E\`  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) W1)<!nwA  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 p-EU"O  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 6~W@$SP,F  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" !plu;w  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" OUGkam0UK  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" z9OpxW@Ou  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" `\;Z&jlpT  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True @^ -Y&N!b=  
    )YAU|sCAi$  
    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。 cVxO\M  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    $2i@@#g8  
    (&v|,.c^)1  
    设置仿真参数 m F+8Q  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ,t wB" *  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: $^?VyHXvY  
    TE simulation A9K$:mL<2  
    Mesh Delta X: 0.015 f>ktv76  
    Mesh Delta Z: 0.015 &zEBfr  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps G![4K#~NM  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 jg{2Sxf!c  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 u'_}4qhCC;  
            其它参数保持默认 zP2X}VLMo  
    运行仿真 !|u?z%  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 6hYz^}2g  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 M | "'`zc  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 [' pO=ho  
    (6a<{  
    远场分析衍射 iZeq l1O  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” g%[:wjV;  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 i}v.x  
    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 p0zC(v0*  
    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) &}2@pu[S?7  
    图4.远场计算对话框
    .7b%7dQ<\  
    h\3-8m  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: VR&dy|5BO  
    Wavelength: 0.63 CyYr5 Dz  
    Refractive index: 1.5+0i il !B={  
    Angle Initial: -90.0 ,&M#[>\(3  
    Angle Final: 90.0 Q25VG5 G  
    Number of Steps: 721 y1PyH  
    Distance: 100, 000*wavelength C f d* Q  
    Intensity -PSgBH[  
    =QtFJ9\  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 Khc^q*|C)  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 GxG~J4  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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