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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: _f 2rz+  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 V^tD@N  
    •光栅布局模拟和后处理分析 }],l m  
    布局layout U{dK8~  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 e,#w* |  
    图1.二维光栅布局
    hAUP#y@:H:  
    KPy)%i  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 #rW-jW=A  
    ~I N g9|  
    步骤: $|Ol?s  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 W2h*t"5W  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 d>#',C#;  
    Wafer Dimensions: 7}qxWz  
    Length (mm): 8.5 >7@,,~3  
    Width (mm): 3.0 :o` <CO  
    Ib{#dhV  
    2D wafer properties: 3KqRw (BK  
    Wafer refractive index: Air IJ+}  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 7_36xpw  
    i'CK/l.H  
    在“Materials”中加入以下材料 ]UIN4E  
    Name: N=1.5 >4bw4 Z1  
    Refractive index (Re:): 1.5 B!<B7Q  
    6t!=k6`1  
    Name: N=3.14 v@G&";|  
    Refractive index (Re:): 3.14 M&=SvM.f  
    WyV,(~y  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: msw'n  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ;R&W#Q7>3  
    2D profile definition, Material: n=3.14 :icpPv  
    uN?Lz1W\;  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Xqe Qj}2kA  
    2D profile definition, Material: n=1.5 S7j(4@  
    i+QVs_jW  
    6.画出以下波导结构: (eb65F@P  
    a. Linear waveguide 1 &!;o[joG  
    Label: linear1 CUdpT$$x3  
    Start Horizontal offset: 0.0 8MW-JZ  
    Start vertical offset: -0.75 ~Ih` ayVq  
    End Horizontal offset: 8.5 ~ecN4Oo4q;  
    End vertical offset: -0.75 @fA| y  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 8S#&XS>o  
    Width: 1.5 oGZuYpa9  
    Depth: 0.0 x| D|d}  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 2OI 0B\  
    o S{hv:)>  
    b. Linear waveguide 2 w&#[g9G%  
    Label: linear2 BGVnL}0  
    Start Horizontal offset: 0.5 #N`MzmwS  
    Start vertical offset: 0.05 5mVO9Q j  
    End Horizontal offset: 1.0 j+fF$6po#t  
    End vertical offset: 0.05 r 25VcY  
    Channel Thickness Tapering: Use Default lO9Ixhf~iu  
    Width: 0.1 %d-WQwJ  
    Depth: 0.0 N?S;v&q+  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 vx6lud0k}  
    a{^ 2c!  
    7.加入水平平面波: &RuTq6)r  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: hX,RuI  
    Input field Transverse: Rectangular IuFr:3(  
    X Position: 0.5 RI<s mt.Ng  
    Direction: Negative Direction _8SB+s*  
    Label: InputPlane1 Qa2p34Z/  
    2D Transverse: B(FM~TVZ  
    Center Position: 4.5 |gk4X%o6  
    Half width: 5.0 Y$, ++wx  
    Titlitng Angle: 45 d/+s-g p  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 `o9:6X?RA  
    图2.波导结构(未设置周期)
    P1L+Vnfu  
    FwKY;^`!d  
    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。 ZLVgK@l  
    将Linear2代码段修改如下: 1H%p|'FKA  
    Dim Linear2 S+Ia2O)BA  
    for m=1 to 8 ' 8R5 Tl  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) o3GZcH?  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 usKP9[T$  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" /EHO(d!<  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" st.{AEv@  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 9 M?UPE  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ~[aV\r?  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" x~m$(LT  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True eC 2~&:$L  
    Gys-Im6>~@  
    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。 7[L%j;)bw  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    f;+.j/ +  
    )_Hv9!U]e  
    设置仿真参数 U![$7k>,pr  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 247vU1  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: gs.+|4dv  
    TE simulation ?|`n&HrP  
    Mesh Delta X: 0.015 ;K4=fHl  
    Mesh Delta Z: 0.015 AU}|o0Ur  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 7^@ 1cA=S  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 2t0VbAO 1{  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 T1?9E{bC8A  
            其它参数保持默认 8"LM:0x  
    运行仿真 .4w"3>  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 BTO l`U  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 b9wC:NgQx  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 _TJk Yz$  
    uHZjpMoM  
    远场分析衍射 "-5FUKI-  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” <Vh5`-J  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 SEu:31k{o  
    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 C=K{;.  
    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) )-iUUak  
    图4.远场计算对话框
    S,'ekWVD  
    " :[;}f;  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 1j}e2H  
    Wavelength: 0.63 F7=\*U  
    Refractive index: 1.5+0i E+ XR[p  
    Angle Initial: -90.0 <)J@7@!P  
    Angle Final: 90.0 LF (S"Of  
    Number of Steps: 721 +,T}x+D  
    Distance: 100, 000*wavelength |1<B(iB'{/  
    Intensity $j!:ET'V  
    VVuNU"-  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 #!m^EqF1_  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 iH dX  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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