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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: WBT/;),}:  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 `t_S uZ`V  
    •光栅布局模拟和后处理分析 @b[{.m U  
    布局layout )N h67P3X"  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 :ad  
    图1.二维光栅布局
    h{xC0NC)  
    , 6 P:S7  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 :L gFd  
    .y'iF>QQ\  
    步骤: hbm%{*d  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 T(t@[U2^  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 'q%56WAJ  
    Wafer Dimensions: {"|P  
    Length (mm): 8.5 3aIP^I1  
    Width (mm): 3.0 Ay\=&4dv  
    `B6~KZ  
    2D wafer properties: e~C5{XEE  
    Wafer refractive index: Air 9}p>='  
    3 点击 Profiles 与 Materials. n,D~ whZx  
    faQ}J%a  
    在“Materials”中加入以下材料 j\l9|vpp  
    Name: N=1.5 V5w00s5?%  
    Refractive index (Re:): 1.5 K%AbM#o<  
    )p*I(y  
    Name: N=3.14 w#]> Nf  
    Refractive index (Re:): 3.14 NAd|n+[d  
    ":s1}A  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: '<! b}1w0  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Cm@e^l!  
    2D profile definition, Material: n=3.14 $:IOoS|e  
    Ip#BR!$n  
    Name: ChannelPro_n=1.5 }uWIF|h~  
    2D profile definition, Material: n=1.5 zbQ-l1E  
    -*xm<R],  
    6.画出以下波导结构: 7|4t;F!  
    a. Linear waveguide 1 ~uqpF-.  
    Label: linear1 ~aKM+KmtPH  
    Start Horizontal offset: 0.0 }diB  
    Start vertical offset: -0.75 I(LBc  
    End Horizontal offset: 8.5 kA3nhBH  
    End vertical offset: -0.75 =`RogjbP  
    Channel Thickness Tapering: Use Default _}MO.&Y  
    Width: 1.5 k?r -%oJ7  
    Depth: 0.0 Uedzt  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 c@H_f  
    pxm{?eBz  
    b. Linear waveguide 2 UjCQ W:[  
    Label: linear2 &5JTcMC^  
    Start Horizontal offset: 0.5 zTA+s 2  
    Start vertical offset: 0.05 Uc oVp}vl  
    End Horizontal offset: 1.0 b4NUx)%ln  
    End vertical offset: 0.05 CjtBQ5  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ['9awgkr/  
    Width: 0.1 <dzfD;  
    Depth: 0.0 B~S"1EE[  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 +?"N5%a%F  
    hf5yTs  
    7.加入水平平面波: `qP <S  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: L~x PIu  
    Input field Transverse: Rectangular $P<T`3Jg  
    X Position: 0.5 50MdZ;R-3  
    Direction: Negative Direction K)NB{8 _  
    Label: InputPlane1 jUny&Alj  
    2D Transverse: -M]NdgI  
    Center Position: 4.5 <cC0l-=  
    Half width: 5.0 J\7ukm"9  
    Titlitng Angle: 45 xd[GJ;xvs  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 6T3uv,2  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ,'=Tf=wq  
    ly,3,ok  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 : ?K}.Kb  
    将Linear2代码段修改如下: 4sU*UePr  
    Dim Linear2 [!^Q_O  
    for m=1 to 8 66A}5b4)]  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) rByC6HV"  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 #jY\l&E  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" +{b!,D3sa*  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" #&Xr2?E@  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 2t9JiH  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ~!PAs_O  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" vTrjhTa\  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True M5$YFGGR  
    Gk"o/]Sf  
    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。 t(<^of:  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    R$[nYw  
    +TA 'P$j  
    设置仿真参数 ;rBd_  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ].E89_|O  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 5U%J,W  
    TE simulation G8]DK3#  
    Mesh Delta X: 0.015 fY)Dx c&ue  
    Mesh Delta Z: 0.015 X<pg^Y0  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps o+9b%I^1V  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 977%9z<h  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 <Mdyz!  
            其它参数保持默认 .Vohd@s9l  
    运行仿真 Vjv~RNGF  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 5m.{ayE  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 />wM#)o2  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 <K^{36h  
    uc0 1{t0,  
    远场分析衍射 HR.^ y$IE  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” :5Y yI.T  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 7(ni_|$|  
    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 E5^P*6c(  
    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) )@vhqVv?  
    图4.远场计算对话框
    hW^*b:v{  
    QNH-b9u>8  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 79DzrLu  
    Wavelength: 0.63 DC&3=Nd  
    Refractive index: 1.5+0i (8Q0?SZN  
    Angle Initial: -90.0 4rcNBmA,  
    Angle Final: 90.0 ~0;l\^  
    Number of Steps: 721 W^a-K  
    Distance: 100, 000*wavelength goE \C  
    Intensity {6_M$"e.  
    !ucHLo3:  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 uX.^zg]}%  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 zmA]@'j  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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