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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: g<T`F  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 @gqs4cg{f  
    •光栅布局模拟和后处理分析 `2(R}zUHN  
    布局layout WO(&<(?  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 noUZ9M|hz  
    图1.二维光栅布局
    K%TKQ<R|  
    #L IsL  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 =Z>V}`n  
    tId !C  
    步骤: hp z*jyh8  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 c>i*HN}Z|  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 %`\_l  
    Wafer Dimensions: *"QE1Fum'  
    Length (mm): 8.5 t|U2 ws#  
    Width (mm): 3.0 gUszMhHX  
    JJHvj=9'o  
    2D wafer properties: CpqSn/  
    Wafer refractive index: Air Qdr-GODx  
    3 点击 Profiles 与 Materials. wAOVH].  
    ~q T1<k  
    在“Materials”中加入以下材料 U1HD~  
    Name: N=1.5 :k )<1ua  
    Refractive index (Re:): 1.5 ?^$4)Y>Kf  
    6j"I5,-~!  
    Name: N=3.14 v4>"p!_C  
    Refractive index (Re:): 3.14 4d._Hd='  
    "`3 ^M vC  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: TX [%s@C  
    Name: ChannelPro_n=3.14 .q9|XDqQc  
    2D profile definition, Material: n=3.14 |UDD/e  
    %FWfiFV|<  
    Name: ChannelPro_n=1.5 fYQi#0drn  
    2D profile definition, Material: n=1.5 S}[:;p?F`  
    Nx (pJp{S  
    6.画出以下波导结构: BvW gH.OX  
    a. Linear waveguide 1 O9=H [b  
    Label: linear1 4Z~Dxo  
    Start Horizontal offset: 0.0 b G5  
    Start vertical offset: -0.75 S1= JdN  
    End Horizontal offset: 8.5 2[&-y[1  
    End vertical offset: -0.75 ^}7t:  
    Channel Thickness Tapering: Use Default U4L=3T+:[  
    Width: 1.5 v?TJ!o  
    Depth: 0.0 s&`XK$p  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 YB3=ij!K  
    M@X#[w:  
    b. Linear waveguide 2 dlzamoS@AR  
    Label: linear2 9c % Tv  
    Start Horizontal offset: 0.5 1LIV/l^}f  
    Start vertical offset: 0.05 RrpF i'R  
    End Horizontal offset: 1.0 kBT}Siw  
    End vertical offset: 0.05 A}Dpw[Q2@8  
    Channel Thickness Tapering: Use Default yW(+?7U  
    Width: 0.1 0\ w[_H  
    Depth: 0.0 Uu:v4a  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 5 ^z ,'C  
    ^r :A^q  
    7.加入水平平面波: }<h. chz,  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 49fq6ZhO  
    Input field Transverse: Rectangular 8 (h  
    X Position: 0.5 &FF. Ddt{  
    Direction: Negative Direction `DllW{l  
    Label: InputPlane1 DF|lUO]:  
    2D Transverse: 6:tr8 X_  
    Center Position: 4.5 6%INNIyAWa  
    Half width: 5.0 UBHQzc+,  
    Titlitng Angle: 45 ;OJ0}\*iP8  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 @CI6$  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ]]o[fqD-Zn  
    VX[!Vh  
    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。 s'Q^1oQM2h  
    将Linear2代码段修改如下: "I FGW4FnL  
    Dim Linear2 3(*s|V"  
    for m=1 to 8 ykhCt\t[  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) W*`6ero  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05  iPO S  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" -fgKSJ7  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" }V;]c~Q/H  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" M #&L@fg!  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" S)|b%mVwR  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" +##I4vP  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 9?$!=4  
    iX6jvnJ:/  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 VDY1F_Fk  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    HWOH8q{f!  
    r$Qh`[<  
    设置仿真参数  PuCA @qY  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 R >&/n/l  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: u*N8s[s'  
    TE simulation t+J6P)=  
    Mesh Delta X: 0.015 xU<lv{m`D  
    Mesh Delta Z: 0.015 fr2w k}/b  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps M?zAkHNS$  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ,x.)L=Cx8  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 mJR T+SZ  
            其它参数保持默认 >D62l*VC)  
    运行仿真 ]sAD5<;  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 R_n-&d 'PP  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 tgA |Vwwk  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 3~xOO*`o  
    zRFM/IYC  
    远场分析衍射 S`w)b'B!M  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” <j3HT"^[D  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 p;=(-4\V}  
    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 )1 j2  
    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) c (8J  
    图4.远场计算对话框
    hAyPaS#  
    <t37DnCgI  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: uwA3!5  
    Wavelength: 0.63 *G41%uz  
    Refractive index: 1.5+0i ZS_f',kE  
    Angle Initial: -90.0 Uk\U*\.  
    Angle Final: 90.0 f"^tOgGH  
    Number of Steps: 721 9(j!#`O7&  
    Distance: 100, 000*wavelength p n>`v   
    Intensity  +'.Q-  
    wwn}enEz,x  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ]!:Y]VYN)\  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 We?:DM [  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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