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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: =ox#qg.5  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 @6GM)N\{[  
    •光栅布局模拟和后处理分析 |6B:tw/.  
    布局layout ~nb%w?vv  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 c>K/f7  
    图1.二维光栅布局
    pooi8" G  
    tBG :ECUL  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 fRT:@lV  
    h`%K \C  
    步骤: L&ws[8-  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 HH6b{f@^  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 mU_?}}aK,  
    Wafer Dimensions: h_]3L/  
    Length (mm): 8.5 'xb|5_D  
    Width (mm): 3.0 &+`l $h  
    FStE/2?  
    2D wafer properties: XrC{{K  
    Wafer refractive index: Air oKt<s+r  
    3 点击 Profiles 与 Materials. #`a-b<uz  
    Hi|2z5=V  
    在“Materials”中加入以下材料 u7j-uVG  
    Name: N=1.5 z$G?J+?J  
    Refractive index (Re:): 1.5 [ H>MeeR  
    qx{.`AaZW  
    Name: N=3.14 T-&CAD3 ,O  
    Refractive index (Re:): 3.14 0 P/A  
    B\|>i~u(  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: joDfvY*[  
    Name: ChannelPro_n=3.14 `P/*x[?  
    2D profile definition, Material: n=3.14 QY+#Vp<`  
    kRiWNEw  
    Name: ChannelPro_n=1.5 V@>?lv(\  
    2D profile definition, Material: n=1.5 `1EBnL_1  
    w^|,[G ^}H  
    6.画出以下波导结构: /N%f78 Z  
    a. Linear waveguide 1 3N+P~v)T'  
    Label: linear1 Z55,S=i  
    Start Horizontal offset: 0.0 JIb<>X,  
    Start vertical offset: -0.75 F:pXdU-xf  
    End Horizontal offset: 8.5 zp4ru\  
    End vertical offset: -0.75 P+}qaup  
    Channel Thickness Tapering: Use Default g#[9O'H  
    Width: 1.5 7gVWu"  
    Depth: 0.0 #]lUJ &M}e  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 A ws#>l<  
    ?qO,=ms>-  
    b. Linear waveguide 2 7v,>sX  
    Label: linear2 =_":Z!_  
    Start Horizontal offset: 0.5 +crAkb}i  
    Start vertical offset: 0.05 7Wb.(` a<  
    End Horizontal offset: 1.0 a m<R!(  
    End vertical offset: 0.05 ynOp7ZN$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default dt`L}Yi  
    Width: 0.1 B10p7+NBF  
    Depth: 0.0 izFu&syv)  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ,dVCbAS@  
    +ypG<VBx%  
    7.加入水平平面波: ''5%5(Y.r  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: do[K-r  
    Input field Transverse: Rectangular J$e.$ah;  
    X Position: 0.5 w|L~+   
    Direction: Negative Direction On'3K+(_  
    Label: InputPlane1 G4x.''r&Sl  
    2D Transverse: K6Gc)jp:b  
    Center Position: 4.5 keJec`q=X  
    Half width: 5.0 g~B@=R  
    Titlitng Angle: 45 'oT}jI  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Ep?a>\  
    图2.波导结构(未设置周期)
    0'py7  
    )D[ypuM&  
    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。 V)@MM2,  
    将Linear2代码段修改如下: (VOKa  
    Dim Linear2 mSj[t   
    for m=1 to 8 ]UgA z  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) `|/|ej]$P  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 6\TstY3  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Hzj*X}X#K  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" %M`|0g}!  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" y:42H tS  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" QIV<!SO  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" D~?kvyJ  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True J:(Shd'4D  
    !8L Ql}  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 Qy70/on9  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ,B#Y9[R  
    D{loX6  
    设置仿真参数 =d5!O~}r>  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 :jUuw:\  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: xlwsZm{V  
    TE simulation 9{TOFjsF  
    Mesh Delta X: 0.015 I"!gzI`Sd  
    Mesh Delta Z: 0.015 [e}]K:  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps bv+e'$U3  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 #!5Nbe  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 7q^/.:wlf  
            其它参数保持默认 Tb)x8-0  
    运行仿真 RyhR#  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 b?Jm)  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 kdHql>0  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 <Z__Q  
    6=g7|}  
    远场分析衍射 RdDcMZ  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ZbrE m  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 = ]@xXVf/  
    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 ua[\npz5  
    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) Ue8D:C M  
    图4.远场计算对话框
    J6%op{7/  
    ,9pi9\S  
    5. 在远场对话框,设置以下参数:  \1MDCP9:  
    Wavelength: 0.63 K$]QzPXS  
    Refractive index: 1.5+0i R:xmcUq} (  
    Angle Initial: -90.0 {Psj#.qP1  
    Angle Final: 90.0 Ck:J  
    Number of Steps: 721 u#,]>;  
    Distance: 100, 000*wavelength :$tW9*\KY  
    Intensity Y{yr-E #~M  
    CS{9|FNz  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 TkBBHg;  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 kb:C>Y8!sC  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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