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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: idNra#  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 [0n[\& 0  
    •光栅布局模拟和后处理分析 r,HIoeAKP  
    布局layout ,(A $WT@e  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 y}U}AUt  
    图1.二维光栅布局
    |JLXgwML  
    q|g>;_  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 x^7 9s_h5  
    %X BMi ~  
    步骤: dSI<s^n  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 +P=Ikbx AO  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 >/4N:=.h  
    Wafer Dimensions: v{X<6^g  
    Length (mm): 8.5 !T#EkMM  
    Width (mm): 3.0 = inp>L  
    +'$5Jtz  
    2D wafer properties: #:NY9.\o  
    Wafer refractive index: Air #,9s\T  
    3 点击 Profiles 与 Materials. t$e'[;w  
    c`@";+|r  
    在“Materials”中加入以下材料 _CMNmmp`e  
    Name: N=1.5 `=$p!H8  
    Refractive index (Re:): 1.5 T I|h  
     i}_"  
    Name: N=3.14 z d6F}2*6  
    Refractive index (Re:): 3.14 mxE<  
    G}Ko*:fWS  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: w{*PZb4  
    Name: ChannelPro_n=3.14 [w90gp1O[  
    2D profile definition, Material: n=3.14 8'"=y}]H~  
    <L+1 &H  
    Name: ChannelPro_n=1.5 #g/m^8n?s  
    2D profile definition, Material: n=1.5 61w ({F  
    %:v<&^oDlm  
    6.画出以下波导结构: unih"};ou  
    a. Linear waveguide 1 jU-aa+  
    Label: linear1 6>]w1 H  
    Start Horizontal offset: 0.0 jV[;e15+  
    Start vertical offset: -0.75 fx-8mf3  
    End Horizontal offset: 8.5 S Rk%BJ? ~  
    End vertical offset: -0.75 pm=m~  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Wu"1M^a  
    Width: 1.5 2EO x],(|  
    Depth: 0.0 {- &`@V  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 TlowEh8r  
    .1}1e;f-  
    b. Linear waveguide 2 %!r.) Wx|2  
    Label: linear2 F{4v[WP)  
    Start Horizontal offset: 0.5 :dqZM#$d  
    Start vertical offset: 0.05 \wD L oR  
    End Horizontal offset: 1.0 t#xfso`4o  
    End vertical offset: 0.05 ~yt7L,OQ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ,5x#o  
    Width: 0.1 B 6z 'Q  
    Depth: 0.0 \1SC:gN*#  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 VEpcCK  
    <DP8a<{{  
    7.加入水平平面波: zn>+ \  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Wb>;L@jB7  
    Input field Transverse: Rectangular @mJ~?d95v  
    X Position: 0.5 yM`u]p1  
    Direction: Negative Direction Vm[F~2+HX  
    Label: InputPlane1 L+*:VP6WD  
    2D Transverse: 8ok=&Gq4  
    Center Position: 4.5 OIJT~Z}  
    Half width: 5.0 @H<*|3J  
    Titlitng Angle: 45 #N"u 0  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 2n$Wey[  
    图2.波导结构(未设置周期)
    n\M8>9c  
    R*!s'R  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 *:Rs\QH   
    将Linear2代码段修改如下: [_nOo`  
    Dim Linear2 m^0vux  
    for m=1 to 8 %ioVNbrR7  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) lKB9n}P  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 EK5$z>k>m  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ALy7D*Z]w  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" b"Q8[k |d  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" tRpY+s~Fq  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ^86M 94k  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" bU}v@Uk  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True J jm={+@+  
    aG83@ABx  
    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。 K2yu}F^}  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ,:e~aG,B  
    swxX3GR  
    设置仿真参数 ;Y[D#Ja-  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 m$_b\^we  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: OxYAM,F  
    TE simulation DnFzCJ  
    Mesh Delta X: 0.015 /IG{j}  
    Mesh Delta Z: 0.015 Uns%6o  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Q"ZpT  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 4~&3.1  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 a_V\[V{R=  
            其它参数保持默认 .wD $Bsm`t  
    运行仿真 >x JzV  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ":8\2Qp  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ;aV3j/  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 9xO@_pkX  
    @ <{%r  
    远场分析衍射 kqm(D#  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” DH yv^  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Q(]m1\a  
    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 k9f|R*LM  
    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) h@Ea5x  
    图4.远场计算对话框
    *qm|A{FQR  
    zQ |2D*W  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: `VKFA<T  
    Wavelength: 0.63 953qz]Q8  
    Refractive index: 1.5+0i U8 Zb&6  
    Angle Initial: -90.0 Q $}#&  
    Angle Final: 90.0 aWIkp5BFj  
    Number of Steps: 721 _i}b]xfM  
    Distance: 100, 000*wavelength 6qHD&bv\%C  
    Intensity a8J AJkFB  
    8Y.q P"s  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 Ik$$Tn&;  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 eO <N/?t  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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