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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: u{["50~  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 _HhbIU  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ,^icPQSwc  
    布局layout Ecs,$\  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 $['Bv  
    图1.二维光栅布局
    +**!@uY  
    BC'llD  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 OT&k.!=  
    F:mq'<Q  
    步骤: 1#1 riM -  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ExRe:^yU\  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 k%^lF?_0I  
    Wafer Dimensions: A=Ss6 -Je  
    Length (mm): 8.5 )& u5IA(  
    Width (mm): 3.0 r1fGJv1!o  
    S;]*)i,v  
    2D wafer properties: 9(":,M(/o  
    Wafer refractive index: Air }<'5 z qS  
    3 点击 Profiles 与 Materials. [V:\\$  
    LY-2sa#B$-  
    在“Materials”中加入以下材料 ^wS5>lf7p  
    Name: N=1.5 "--t e  
    Refractive index (Re:): 1.5 /> 4"~q)  
    1!>Jpi0  
    Name: N=3.14 sN5B7)Vc  
    Refractive index (Re:): 3.14 "?mJqA  
    H*9~yT' Q  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: qoAj] ")  
    Name: ChannelPro_n=3.14 '}Ri`  
    2D profile definition, Material: n=3.14 N<DGw?Rl  
    &5: tn=E  
    Name: ChannelPro_n=1.5 } CfqG?)  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Zkf0p9h\  
    >$2V%};  
    6.画出以下波导结构: V%Sy"IG  
    a. Linear waveguide 1 P\_`   
    Label: linear1 0 Us5  
    Start Horizontal offset: 0.0 0:b2(^]bg  
    Start vertical offset: -0.75 *&f$K1p  
    End Horizontal offset: 8.5 "9n3VX)  
    End vertical offset: -0.75 @]ao"ui@/  
    Channel Thickness Tapering: Use Default /q5:p`4{J  
    Width: 1.5 o;?/HE%,[  
    Depth: 0.0 'R_g">B.  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ~}<DG1!  
    ZI=v.wa  
    b. Linear waveguide 2 T*KMksjxm`  
    Label: linear2 @lvyDu6e  
    Start Horizontal offset: 0.5 PiA0]>  
    Start vertical offset: 0.05 jRL<JZ1N  
    End Horizontal offset: 1.0 R+CM`4CD  
    End vertical offset: 0.05 3$X'Y]5a  
    Channel Thickness Tapering: Use Default -{ZWo:,r~q  
    Width: 0.1 B7!3-1<k>  
    Depth: 0.0 8(* [Fe9  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 9V5-%Iv  
    F+u|HiYG  
    7.加入水平平面波: xt*u4%  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 73){K?R  
    Input field Transverse: Rectangular 71\xCSI1w&  
    X Position: 0.5 `]W| 8M  
    Direction: Negative Direction f!JS= N?3  
    Label: InputPlane1 +>PX&F  
    2D Transverse: l'eyq}&  
    Center Position: 4.5 [KxF'mz9  
    Half width: 5.0 pxa(  
    Titlitng Angle: 45 s;A@*Y;v  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 KRA/MQ^7~U  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ,2W8=ON  
    MNV % =G  
    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。 Gn&4V}F  
    将Linear2代码段修改如下: hodgDrmO/  
    Dim Linear2 )+6MK(<"  
    for m=1 to 8 {E8~Z8tT  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) GP#aya  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 '  <=+;q  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" /~<@*-'  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" >qF CB\(  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" m|G'K[8  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" &Udb9  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Cid ;z  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Z+=@<i''  
    UNBH  
    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。 pJtex^{!:  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    1 9CK+;b  
    ^cuc.g)c$?  
    设置仿真参数 =z /dcC$r  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 &mx)~J^m  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: .*)2SNH  
    TE simulation 9_5ow  
    Mesh Delta X: 0.015 ;-qO'V:;  
    Mesh Delta Z: 0.015 aSnF KB  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps i,/0/?)*_  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 B]l)++~  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 HKUn`ng  
            其它参数保持默认 sdo [D  
    运行仿真 ;N?]eM}yf  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 $F5 b  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 :w^Ed%>y7  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 )z28=%g  
    m*kl  
    远场分析衍射 2V#>)R#k  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Zo~  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ?o|f':  
    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 jJPGrkr  
    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) OL^l 3F  
    图4.远场计算对话框
    (O(}p~s  
    _y} T/I9  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 2|*JSU.I  
    Wavelength: 0.63 $cU!m(SILQ  
    Refractive index: 1.5+0i dx@-/^.  
    Angle Initial: -90.0 M]2]\km  
    Angle Final: 90.0 8p:e##%  
    Number of Steps: 721 ) u`[6,d  
    Distance: 100, 000*wavelength @X;!92i  
    Intensity E;R n`oxk  
    7\s"o&G  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。  KJaXg;,H  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 4p,EBn9(  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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