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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: 4Q,|7@  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ?YF2Uc8z%2  
    •光栅布局模拟和后处理分析 j.\0p-,  
    布局layout T^#d\2  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 \ #la8,+9  
    图1.二维光栅布局
    tLP Er@  
    0~Xt_rN](  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 y#/P||PM  
    +$#h6V  
    步骤: "EZpTy}Ee  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Ieh<|O,-C  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 xO4""/ n  
    Wafer Dimensions: \0FwxsL  
    Length (mm): 8.5 6$H`wDh#(&  
    Width (mm): 3.0 sg4(@>  
    jcRe),  
    2D wafer properties: @yF >=5z:  
    Wafer refractive index: Air Bc'Mj=>;  
    3 点击 Profiles 与 Materials. xZVZYvC,t  
    #@E:|^$1y  
    在“Materials”中加入以下材料  I*n]8c  
    Name: N=1.5 f @Vd'k<  
    Refractive index (Re:): 1.5 mA^3?y j  
    #9{2aRCJ  
    Name: N=3.14 4hkyq>c}  
    Refractive index (Re:): 3.14 rkz84wDx  
    :G &:v  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: S.pXo'}  
    Name: ChannelPro_n=3.14 `r0lu_.$]4  
    2D profile definition, Material: n=3.14 &%u m#XE  
    7t/Y5Qf  
    Name: ChannelPro_n=1.5 C(M?$s`  
    2D profile definition, Material: n=1.5 (&X/n=UI  
    \$gA2r  
    6.画出以下波导结构: Qm_;o(  
    a. Linear waveguide 1 .fS{j$  
    Label: linear1 PO ,zP9  
    Start Horizontal offset: 0.0 {e0(M*u  
    Start vertical offset: -0.75 $Z8riVJ7j-  
    End Horizontal offset: 8.5 ^UFNds'q  
    End vertical offset: -0.75 gLK0L%"5  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ^ ~dC&!D  
    Width: 1.5 5tEkQ(Ei8  
    Depth: 0.0 LZQG.  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 '-3K`[  
    uG-S$n"7K  
    b. Linear waveguide 2 D Q c pIV  
    Label: linear2 :NB.ib@*  
    Start Horizontal offset: 0.5 Hoi~(Vc.  
    Start vertical offset: 0.05 7\gu; [n  
    End Horizontal offset: 1.0 T # gx2Y  
    End vertical offset: 0.05 /)<kG(Z  
    Channel Thickness Tapering: Use Default q#\B}'I{  
    Width: 0.1 vI:_bkii  
    Depth: 0.0 _nSEp >]L  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 xc7Rrh]}  
    sn]D7Ae  
    7.加入水平平面波: ubc k{\.  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ;Eh"]V,e  
    Input field Transverse: Rectangular RLcC>Z  
    X Position: 0.5 4JXJ0T ar  
    Direction: Negative Direction LLbI}:  
    Label: InputPlane1 p&D7&Sb[  
    2D Transverse: +fq\K]  
    Center Position: 4.5 yw1Xxwc  
    Half width: 5.0 }vg|05L  
    Titlitng Angle: 45 dux_v"Xl  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 +]0hSpZ"p  
    图2.波导结构(未设置周期)
    bfkFk  
    -OnKvpeI  
    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。 fA=Lb^,M  
    将Linear2代码段修改如下: Yu9VtC1  
    Dim Linear2 0wAB;|~*62  
    for m=1 to 8 u`Kc\B Sn  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) S"`{ JCW$  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ~RZN+N  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" bL{D*\HF  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Ds{bYK_y  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" <vu~EY0.  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ++ObsWZ  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" w{]B)>! 1W  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Z Z c^~  
    B~,?Gbl+g  
    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。 3K/]{ dkD  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    \gv-2.,  
    i~*6JB|  
    设置仿真参数 =`Ky N/  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 TJB4N$-}A  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ~{N#JOY}Z  
    TE simulation UWdqcOr  
    Mesh Delta X: 0.015 9Vt6);cA-]  
    Mesh Delta Z: 0.015 ;Rm';IW$  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps UQWv)  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 -^8OjGat  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ^x_.3E3Q  
            其它参数保持默认 -w'g0/fD  
    运行仿真 R@`xS<`L/  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 +aqQa~}r  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 }g[Hi`  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ?DnQU"_$  
    F)19cKx7  
    远场分析衍射 Iv{iJoe;UH  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” `wSoa#U"@  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 #W8c)gkG9  
    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 $jBi~QqOf  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) |C,]-mJG  
    图4.远场计算对话框
    "u{ymJ]t  
    T>&dPVmG,  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: A.YK=_J  
    Wavelength: 0.63 )ub!tm  
    Refractive index: 1.5+0i &]anRT#  
    Angle Initial: -90.0 ,eL&Ner  
    Angle Final: 90.0 L$jii  
    Number of Steps: 721 0\eSiXs  
    Distance: 100, 000*wavelength ZY;g)`E1  
    Intensity 5cl^:Ua  
    )a+bH</'  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 h,]lN'JG{  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 +.$:ZzH#  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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