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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: cw|3W]  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 jU.z{(s  
    •光栅布局模拟和后处理分析 uP2e/a  
    布局layout t>"UenJt-  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ]=!wMn**  
    图1.二维光栅布局
    $_IvzbOh  
    o|O730"2F  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 _rt+OzZ*L  
    zrVw l\&  
    步骤: 2%P{fJbwd  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Lgp{  hK  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ea[vzD]  
    Wafer Dimensions: Z> Jm  
    Length (mm): 8.5 l*~O;do  
    Width (mm): 3.0 4Bg"b/kF  
    F3+ ;2GG2  
    2D wafer properties: m_YXTwwx  
    Wafer refractive index: Air #0>??]&r  
    3 点击 Profiles 与 Materials. Y1fcp_]m  
    U|SF;T .  
    在“Materials”中加入以下材料 C'$w*^me  
    Name: N=1.5 hS&3D6G t  
    Refractive index (Re:): 1.5 4FrP%|%E~  
    Nc;cb  
    Name: N=3.14 Rr#Zcs!G  
    Refractive index (Re:): 3.14 m#6RJbEz  
    "i>?Tg^  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: S;@nPzhc  
    Name: ChannelPro_n=3.14 `R[cM; c2  
    2D profile definition, Material: n=3.14 v2eLH:6  
    `|kW%L4  
    Name: ChannelPro_n=1.5 8R|!$P  
    2D profile definition, Material: n=1.5 tSibz l~  
    TL u+5f  
    6.画出以下波导结构: (Y i 1U~{:  
    a. Linear waveguide 1 pGZiADT  
    Label: linear1 $fifx>!  
    Start Horizontal offset: 0.0 lRA=IRQ]  
    Start vertical offset: -0.75 +}3l$L'bY  
    End Horizontal offset: 8.5 FK;3atrz  
    End vertical offset: -0.75 (4]M7b[S$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default r~rftw  
    Width: 1.5 rnAQwm-8O%  
    Depth: 0.0 X5U#^^O$E%  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 YoDL/  
    7)Cn 4{B6  
    b. Linear waveguide 2 9-:\ NH^;  
    Label: linear2 OHRkhwF.  
    Start Horizontal offset: 0.5 hp|.hN(kS]  
    Start vertical offset: 0.05 '#<4oW\]  
    End Horizontal offset: 1.0 tKS'#y!R  
    End vertical offset: 0.05 s#Ayl]8r  
    Channel Thickness Tapering: Use Default w?#s)z4}g  
    Width: 0.1 P{m(.EC_  
    Depth: 0.0 ZLI t 3  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 5aZbNV}-  
    #jj+/>ZOi  
    7.加入水平平面波: 76oJCNY  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: G0%},Q/  
    Input field Transverse: Rectangular 7q%xF#mK=  
    X Position: 0.5 WUBI( g\  
    Direction: Negative Direction gOy;6\/  
    Label: InputPlane1 Oa.84a  
    2D Transverse: 8sus$:Ry  
    Center Position: 4.5 <aQ<Wy=\  
    Half width: 5.0 ;yu#Bs  
    Titlitng Angle: 45 ;F_pF+&q  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 MCO2(E-  
    图2.波导结构(未设置周期)
    }3O 0nab  
    m?O~(6k@C  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 a^o'KN{  
    将Linear2代码段修改如下: C'7DG\pr  
    Dim Linear2 Y_zMj`HE  
    for m=1 to 8 XCyU)[wY  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) H\fsyxM7  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 gNHS:k\"  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" q6'Q-e)  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" zJ6""38Pr  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" h6b(FTC^  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" j-cp  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" bWgRGJqt  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ~^TH5n  
    `r'$l<(4WV  
    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。 F|jl=i  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    lqTc6@:D  
    5OCt Q4u  
    设置仿真参数 eo*l^7  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 a]/KJn /B(  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: s0O]vDTR,H  
    TE simulation e9RH[:  
    Mesh Delta X: 0.015 jp;]dyU  
    Mesh Delta Z: 0.015 B*(BsXQLY  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps b:5-0uxjs  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 u69UUkG  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ck< `kJ`b  
            其它参数保持默认 Ht:\ z;cu  
    运行仿真 Lb?WhjqZ  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 9}wI@  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 .07"I7  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 = GyABK  
    G@KDRv  
    远场分析衍射 G^sx/H76J  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” C*}PL  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Uc,MZV4  
    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 k;B[wEW@  
    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) ;W T<]  
    图4.远场计算对话框
    qSGM6kb  
    Pr:\zI  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: hVz] wKP  
    Wavelength: 0.63 hF{gN3v5  
    Refractive index: 1.5+0i UZdGV?o ?  
    Angle Initial: -90.0 4fIjVx  
    Angle Final: 90.0 {+m8^-T  
    Number of Steps: 721 F$-fj "jC  
    Distance: 100, 000*wavelength BhYvEbt  
    Intensity 2F+"v?n=\  
    >$tU @mq  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 wfv\xHG  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 wH$qj'G4CN  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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