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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: l+y/Mq^QB  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 0KU,M+_  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ;' YM@n  
    布局layout IWsB$T  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 `A$yF38!  
    图1.二维光栅布局
    N>'1<i?  
    95[yGO>ZYz  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 _~| j~QE]  
    TZ?va@2  
    步骤: F=$2Gz 'RT  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 uXNJ{]o  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 K zKHC  
    Wafer Dimensions: ID E3>D  
    Length (mm): 8.5 Z?O aY4  
    Width (mm): 3.0 3RZP 12x  
    O jr{z  
    2D wafer properties: FsTE.PT  
    Wafer refractive index: Air K({+3vK  
    3 点击 Profiles 与 Materials. Iy6 "2$%a  
    L&][730  
    在“Materials”中加入以下材料 G6]M~:<i  
    Name: N=1.5 -=s7Q{O8Z  
    Refractive index (Re:): 1.5 w<.{(1:v  
    Ng0V&oDI  
    Name: N=3.14 w}K<,5I>  
    Refractive index (Re:): 3.14 [XhuJdr"u  
    6 80i?=z  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: n,bZj<3t  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ]ta]OK{s"  
    2D profile definition, Material: n=3.14 C>4y<,Q  
    1 nIb/nY  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ,A h QA  
    2D profile definition, Material: n=1.5 f XS4&XU  
    :S{[^ -"  
    6.画出以下波导结构: B=JeZMn  
    a. Linear waveguide 1 kG:uXbUI'  
    Label: linear1 wk<QYLEk  
    Start Horizontal offset: 0.0 GCkc[]2p  
    Start vertical offset: -0.75 4Fgy<^94`  
    End Horizontal offset: 8.5 zQV$!%qR  
    End vertical offset: -0.75 p>96>7w  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Xd!=1 ::  
    Width: 1.5 S/"-x{Gc2v  
    Depth: 0.0 [Z` q7ddd^  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 K!lGo3n]  
    /NNe/7'l  
    b. Linear waveguide 2 L ![bf5T  
    Label: linear2 bu1O<*  
    Start Horizontal offset: 0.5 iL\<G} I  
    Start vertical offset: 0.05 9(dbou  
    End Horizontal offset: 1.0 ;Bd0 =C  
    End vertical offset: 0.05 gxycw4kz  
    Channel Thickness Tapering: Use Default A84I*d  
    Width: 0.1 ,/BBG\mJ  
    Depth: 0.0 KcF2}+iM   
    Profile: ChannelPro_n=3.14 MW &iNioX  
    .36z  
    7.加入水平平面波: _S7GkpoK  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: s_y Y,Z:  
    Input field Transverse: Rectangular T_lexX[\  
    X Position: 0.5 {*bXO8vi((  
    Direction: Negative Direction Ji\8(7 {8  
    Label: InputPlane1 ?{mFQ  
    2D Transverse: .Vj;[p8  
    Center Position: 4.5 3b (I~  
    Half width: 5.0 m jC6(?V  
    Titlitng Angle: 45 f>g>7OsD]  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 3 (Kj|u  
    图2.波导结构(未设置周期)
    lY yt8H  
    L&+XFntR  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 w^sM,c5d  
    将Linear2代码段修改如下: #G:~6^A  
    Dim Linear2 4nzUDeI3MG  
    for m=1 to 8  =P\H}?PF  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) AfpB=3  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 V lN&Lz  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" IKb 7#Ut  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ^n"ve2   
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" r3<yG"J86  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ~Aq;g$IJZ  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" |d?0ZA:z  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ,~w)~fMb8  
    :(VD<"X  
    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,v*jE  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ymT&[+V  
    a]|P rjPI  
    设置仿真参数 C s?kZ %  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 @5K/z<p%  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: js/N qf2>  
    TE simulation W2J"W=:z  
    Mesh Delta X: 0.015 BY.' 0,H=k  
    Mesh Delta Z: 0.015 yeqZPz n  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps MYFRrcu;  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 j4$XAq~W  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 sqFMO+  
            其它参数保持默认 g|tnYN  
    运行仿真 WBLfxr  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 6":=p:PT.  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 );$_|]#  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 f8'D{OP"G  
    6;i]v|M-  
    远场分析衍射 ;  6Js   
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” fFudoIC  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 [vV]lWOp'  
    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 DfgqB3U[  
    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) N|Mzj|i.  
    图4.远场计算对话框
    {SVd='!V  
    v>CA A"LH  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: /DA'p[,  
    Wavelength: 0.63 u snbGkq  
    Refractive index: 1.5+0i `O ?61YUQH  
    Angle Initial: -90.0 Ytop=ZIl'  
    Angle Final: 90.0 : &>PN,q>  
    Number of Steps: 721 3Z;`n,g  
    Distance: 100, 000*wavelength 7'uuc]\5>  
    Intensity ]p~w`_3v  
    gTcLS|& H  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 7KXc9:p+  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 a[bu{Z]%  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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