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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: /1?{,Das=  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 , 4@C%  
    •光栅布局模拟和后处理分析 VoNk.h"T  
    布局layout 2\G[U#~bi  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 bl4I4RB  
    图1.二维光栅布局
    eyG[1EEU  
    ;:P} s4p  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 +3?.Vb%jY  
    ~oeX0l>F  
    步骤: 2z9N/SyN  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 f&C]}P  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 v8K4u)  
    Wafer Dimensions: }Hb_8P  
    Length (mm): 8.5 M[^EHa<i  
    Width (mm): 3.0 OdtS5:L  
    *NQsD C.J^  
    2D wafer properties: '.#3h$d  
    Wafer refractive index: Air d>x(Bj6  
    3 点击 Profiles 与 Materials. Z%7X"w  
    6KKQ)DNu_  
    在“Materials”中加入以下材料 ~uEI}z  
    Name: N=1.5 X/23 /_~L`  
    Refractive index (Re:): 1.5 l1]'3]P(  
    UsdUMt!u  
    Name: N=3.14 )Z63 cr/  
    Refractive index (Re:): 3.14 VPOp#;"%  
    gdG#;T'  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: d6~d)E  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Z^GXKOeq  
    2D profile definition, Material: n=3.14 #v:A-u  
    ]}nX$xy  
    Name: ChannelPro_n=1.5 (h% xqXs  
    2D profile definition, Material: n=1.5 B-tLRLWn   
    OZE.T-{  
    6.画出以下波导结构: #,rP1#?  
    a. Linear waveguide 1 K2-nP2Go?  
    Label: linear1 Hu$JCB-%  
    Start Horizontal offset: 0.0 ;Dc\[r  
    Start vertical offset: -0.75 y?8V'.f|  
    End Horizontal offset: 8.5 !24g_R[3"  
    End vertical offset: -0.75 FO?I}G22  
    Channel Thickness Tapering: Use Default |@*   
    Width: 1.5 Kg#s<#h  
    Depth: 0.0 @v n%  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 YPS,[F'B.  
    WvWZzlw  
    b. Linear waveguide 2 5 OF*PBZ  
    Label: linear2 n_-k <3  
    Start Horizontal offset: 0.5 ^uIKwql  
    Start vertical offset: 0.05 6>- Gi  
    End Horizontal offset: 1.0 H9rZWc"*  
    End vertical offset: 0.05 ~,reS:9RZ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default tq5o  
    Width: 0.1 8Nxyc>8K~  
    Depth: 0.0 QlWkK.<Z3_  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 _tVrLb7`s  
    }#9 |au`  
    7.加入水平平面波: LX iis)1  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: *Y- rEF>  
    Input field Transverse: Rectangular D[CEg2$y  
    X Position: 0.5 vKNxL^x  
    Direction: Negative Direction 9NcC.}#-5  
    Label: InputPlane1 e+P|PW  
    2D Transverse: ,v*<yz/  
    Center Position: 4.5 i+B tz-  
    Half width: 5.0 R3} Z"  
    Titlitng Angle: 45 y{1|@?ii  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 )z2hyGX  
    图2.波导结构(未设置周期)
    AC/82$  
    YM]ZL,8  
    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。 3 Ho<4_I,  
    将Linear2代码段修改如下: sBD\;\I  
    Dim Linear2 e+>&? x  
    for m=1 to 8 IDr$Vu4LCW  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ^)|1T#Tz  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 9{V54ue;  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" B%d2tsDw  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" WXC}Ie  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ~",,&>#[K  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" -QUvd1S40  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" eA(c{  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Gr?[s'Ze  
    0q ^dpM  
    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。 S  H5G  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    O;*.dR  
    y-c2tF@'v  
    设置仿真参数 ,:QDl  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 q^hL[:ms#  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: .\> I-  
    TE simulation ]o]*&[C  
    Mesh Delta X: 0.015 :h+gSvn:  
    Mesh Delta Z: 0.015 YSE6PG   
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps X4R+Frt8  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 /)` kYD6  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 C,xM) V^a  
            其它参数保持默认 LGm>x  
    运行仿真 $}/ !mXI5  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 (fjAsbT  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 *X K9-%3  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 Z) zWfv}  
    cR1dGNcp/@  
    远场分析衍射 *SX'Or,  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” =U5lPsiv,3  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 zW_V)U Ne  
    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 siHS@S  
    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) ec4jiE  
    图4.远场计算对话框
    lr[a~ca\  
    ;y7V-sf  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: b&;1b<BwD  
    Wavelength: 0.63 zOpl#%"  
    Refractive index: 1.5+0i $GyO+xF  
    Angle Initial: -90.0 -T4{PM  
    Angle Final: 90.0 $C UmRi{T  
    Number of Steps: 721 :Gh* d)  
    Distance: 100, 000*wavelength :4"SJ  
    Intensity yWACI aj  
    0(|BQ'4~H  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 L)'JkX J  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 dF{3 ~0+,  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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