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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: Bz8 &R|~>"  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 g1DmV,W-Q  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ?_6YtR,{  
    布局layout 2k7bK6=nm  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 _BnTv$.P  
    图1.二维光栅布局
    ^Cz YDq  
    \zXlN  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 e^).W3SK]  
    @-.? B  
    步骤: 5/ecaAB2  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 &!7+Yb(1  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 eN0P9.eqM  
    Wafer Dimensions: Mjpo1dw  
    Length (mm): 8.5  ~QG ?k  
    Width (mm): 3.0 !J>A,D"-  
    #;9H@:N  
    2D wafer properties: 1`r| op},  
    Wafer refractive index: Air L3y5a?G  
    3 点击 Profiles 与 Materials. r$)$n&j  
    upn8n vy4(  
    在“Materials”中加入以下材料 <FFJzNc+  
    Name: N=1.5 o|S)C<w  
    Refractive index (Re:): 1.5 q/@dR{-  
    #,f{Ok+  
    Name: N=3.14 :x>T}C<Y  
    Refractive index (Re:): 3.14  :,]S}R  
    kv|,b  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 2@@l{Y0f6  
    Name: ChannelPro_n=3.14 O@U?IF$  
    2D profile definition, Material: n=3.14 V: p)m&y6  
    <3 @}Lj  
    Name: ChannelPro_n=1.5 }#9(Mul  
    2D profile definition, Material: n=1.5 0TE@xqW  
    yM$J52#d#  
    6.画出以下波导结构: I/u9RmbU  
    a. Linear waveguide 1 DMgBcP  
    Label: linear1 1 0N,?a  
    Start Horizontal offset: 0.0 go|>o5!g  
    Start vertical offset: -0.75 :F|\Ij0T  
    End Horizontal offset: 8.5 VAj<E0>  
    End vertical offset: -0.75 G\H q/4  
    Channel Thickness Tapering: Use Default k0K A~  
    Width: 1.5 5rN _jC*U  
    Depth: 0.0 ySX/=T:<;  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 >S&U.  
    f'/ KMe%<  
    b. Linear waveguide 2 eqzTQen8q  
    Label: linear2 X\2_; zwf  
    Start Horizontal offset: 0.5 ,7/ _T\d<  
    Start vertical offset: 0.05 ?iSGH'[u  
    End Horizontal offset: 1.0 7c1+t_Ew  
    End vertical offset: 0.05 -ut=8(6&  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 9`X&,S~e  
    Width: 0.1 !'c| N9  
    Depth: 0.0 Zw=G@4xoU  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 8=H\?4)()Y  
    h)B!L Ar  
    7.加入水平平面波: 3ut_Bt\  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ZJXqCo7O  
    Input field Transverse: Rectangular Kdt|i93  
    X Position: 0.5 _ VKgs]Y  
    Direction: Negative Direction Cg6;I.K   
    Label: InputPlane1 : ^(nj7D  
    2D Transverse: +{>.Sk'$  
    Center Position: 4.5 FLbZ9pX}  
    Half width: 5.0 |HgfV@Han  
    Titlitng Angle: 45 zzJ^x8#R  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ~{QEL2  
    图2.波导结构(未设置周期)
    /RF%1!M K  
    5Bj77?Z  
    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。 YRa4W.&Yn  
    将Linear2代码段修改如下: ~= 9V v  
    Dim Linear2 5Fe-=BX(  
    for m=1 to 8 ABiC9[Q0  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) b+$o4 l/x  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 w|G~Il  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" jeFN*r _  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" # ITLz!g E  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 03"#J2b  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" WB;J1TpM7  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" sA2o2~AmM  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True E!YmcpCl  
    E3tj/4:L  
    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。 Su4h'&xx  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    }~GV'7d1  
    TAAR'Jz S  
    设置仿真参数 cUM_ncYOP  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 rG5i-'  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: Ph"iX'J  
    TE simulation 7 s-`QdWX  
    Mesh Delta X: 0.015 P=pY8X:  
    Mesh Delta Z: 0.015 ]-rczl|o  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps {jUvKB_x  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 bXm :]?  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ]TfeBX6ST  
            其它参数保持默认 g1dmkX  
    运行仿真 '}fel5YV  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 +DxifXtB  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 9dw0<qw1%  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 _X?y ,#  
    nO:HB.&@  
    远场分析衍射 {Ot[WF  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” wK ][qZ ]  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向  3:"AFV  
    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 q"l>`KCG`  
    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) M3PVixli3  
    图4.远场计算对话框
    B*BHF95!  
    W=M< c@  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: /o'oF  
    Wavelength: 0.63 JN)"2}SE  
    Refractive index: 1.5+0i ew/KZE  
    Angle Initial: -90.0 YBeZN98Nt  
    Angle Final: 90.0 xz="|HD);  
    Number of Steps: 721 dvxf lLd @  
    Distance: 100, 000*wavelength JH-nvv  
    Intensity &7lk2Q\  
    89ZDOji?O  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 -^y1iN'D  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 *SXSF95  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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