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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: {H $\,  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ER5Q` H  
    •光栅布局模拟和后处理分析 v5w I?HE  
    布局layout p`1d'n[  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 $EviGZFAaR  
    图1.二维光栅布局
    2{p`"xX  
    -ihF)^"a  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 vG\]xM'u  
    nB,FJJ{kb  
    步骤: P>pkLP} Vo  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 #Opfc8pm'  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 S97.O@V!$  
    Wafer Dimensions: 7!oqn'#>A  
    Length (mm): 8.5 7L;yN..0  
    Width (mm): 3.0 q9WdJ!-^X  
    9z'</tJ`  
    2D wafer properties: NFLmM  
    Wafer refractive index: Air < q; ]  
    3 点击 Profiles 与 Materials. _gC<%6#V`r  
    {yt]7^  
    在“Materials”中加入以下材料 r.i.w0B(  
    Name: N=1.5 w,3`Xq@  
    Refractive index (Re:): 1.5 (P`{0^O"}  
    e,~c~Db* Q  
    Name: N=3.14 y13=y}dyDH  
    Refractive index (Re:): 3.14 //ZB B,[@  
    ^ ?tAt3dMI  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: s7xRry  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Q=PaTh   
    2D profile definition, Material: n=3.14 &p ;};n  
    Z(as@gj H  
    Name: ChannelPro_n=1.5 D<++6HN&#  
    2D profile definition, Material: n=1.5 '12|:t&7  
    kOdS^-  
    6.画出以下波导结构: QwT ]| 6>  
    a. Linear waveguide 1 5)$U<^uy  
    Label: linear1 @/$mZ]|T  
    Start Horizontal offset: 0.0 _"0n.JQg  
    Start vertical offset: -0.75 MqoQs{x  
    End Horizontal offset: 8.5 <*(~x esPS  
    End vertical offset: -0.75 /mD KQ<  
    Channel Thickness Tapering: Use Default n;Iey[7_E`  
    Width: 1.5 RTY$oUqlZ  
    Depth: 0.0 !+hX$_RT  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 _a<PUdP  
    GV[%P  
    b. Linear waveguide 2 M0]l!x#7  
    Label: linear2 29qQ3M?  
    Start Horizontal offset: 0.5 iBo-ANnK9  
    Start vertical offset: 0.05 )D[xY0Y~  
    End Horizontal offset: 1.0 2{V|  
    End vertical offset: 0.05 c(Ha"tBJ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default l?FNYvL  
    Width: 0.1 --^D)n  
    Depth: 0.0 b$$XriD]  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 \~?s= LT  
    KFfwZkj{  
    7.加入水平平面波: *e>:K$r  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: zf o.S[R@  
    Input field Transverse: Rectangular Y}?@Pm drz  
    X Position: 0.5 FBY~Z$o0.  
    Direction: Negative Direction .ERO*Tj  
    Label: InputPlane1 ^U`q1Pg5  
    2D Transverse: =u'/\nxCF  
    Center Position: 4.5 O,OGq0c  
    Half width: 5.0 c''O+,L1+  
    Titlitng Angle: 45 WX=+\`NyJ(  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 A.h?#%TLL  
    图2.波导结构(未设置周期)
    8U(a&G6gn  
    l:|Fs=\  
    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。 n9J>yud|  
    将Linear2代码段修改如下: _:K}DU'6  
    Dim Linear2 >b$<lo  
    for m=1 to 8 <bjy<98LT  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) hy]AH)?pR  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 /Z@.;M  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" *ap#*}r!Nk  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" z::2O/ho  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 4dok/ +Ec  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" U)PumU+z$u  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" @'rO=(-b  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True [ho'Pc3A<  
    y(S0 2v>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。  y]+A7|  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    /<2_K4(-{4  
    ]e3nnS1*.  
    设置仿真参数 dog,vUu  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 >lj3MNSH  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: & vIKNGJ^  
    TE simulation lz*2wGI9  
    Mesh Delta X: 0.015 A+l"  
    Mesh Delta Z: 0.015 o{hKt?  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps >I!(CM":s$  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ' FK"-)s  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 $+);!?^|:  
            其它参数保持默认 #RD%GLY  
    运行仿真 -s1VlS/  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 z?aD Oh  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 HkN +:  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 zKutx6=aj  
    ={Hbx> p  
    远场分析衍射 4<Y?#bm'  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 1_QO>T'  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 **"P A8   
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 L!G3u/  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) "<(~  
    图4.远场计算对话框
    +W1rm$Q  
    &Xav$6+Z1J  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: TGLXvP& \  
    Wavelength: 0.63 6{~I7!m"  
    Refractive index: 1.5+0i DNy)\+[  
    Angle Initial: -90.0 tc',c},h~,  
    Angle Final: 90.0 EGt)tI&  
    Number of Steps: 721 -5[GX3h0  
    Distance: 100, 000*wavelength 6\K)\  
    Intensity vKC>t95  
    ;:4puv+]  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 %xRS9A 4  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 l rzW H0Q  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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