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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: ix6j=5{  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 3>c<E1   
    •光栅布局模拟和后处理分析 c:4 i&|n  
    布局layout IhY[c/ |i  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ^ WidA-  
    图1.二维光栅布局
    0oc5ahp  
    F"~uu9u  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 O cd ^{u  
    iVwI}%k  
    步骤: I6zKvP8pb  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 wwk=*X-8  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 j l%27Ld  
    Wafer Dimensions: ?/5WM%  
    Length (mm): 8.5 \"|E8A6/  
    Width (mm): 3.0 -n+ =[M  
    4h|sbB"t  
    2D wafer properties: 0LeR#l:I  
    Wafer refractive index: Air Xw_AZ-|1D  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ~#pQWa5  
    hvwKhQ}wX  
    在“Materials”中加入以下材料 Y{6y.F*Q#  
    Name: N=1.5 `ZC_F! E  
    Refractive index (Re:): 1.5 lN -vFna  
    {p=`"H>  
    Name: N=3.14 OXT 5 y)   
    Refractive index (Re:): 3.14 NirG99kyo  
    2mRm.e9?  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: criOJ-  
    Name: ChannelPro_n=3.14 W0R<^5_  
    2D profile definition, Material: n=3.14 D!^&*Ia?2  
    Rm>AU=  
    Name: ChannelPro_n=1.5 33:{IV;k  
    2D profile definition, Material: n=1.5 o]u,<bM$  
    o/t^rY y  
    6.画出以下波导结构: )7f;FWI  
    a. Linear waveguide 1 #R-l2OO^]  
    Label: linear1 =C gcRxng  
    Start Horizontal offset: 0.0 )O;6S$z9Y  
    Start vertical offset: -0.75 $3psSQQo  
    End Horizontal offset: 8.5 Bi:%}8STH  
    End vertical offset: -0.75 'I^3r~_  
    Channel Thickness Tapering: Use Default t<h[Lb%{T4  
    Width: 1.5 waT'|9{  
    Depth: 0.0 n W:P"L  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 oG{0 {%*@  
    o"wvP~H  
    b. Linear waveguide 2 @komb IK  
    Label: linear2 |zd+ \o  
    Start Horizontal offset: 0.5 = hL;Q@inb  
    Start vertical offset: 0.05 rr~O6Db  
    End Horizontal offset: 1.0 "Te[R%aP  
    End vertical offset: 0.05 f=:ycd!  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ||yx?q6\h  
    Width: 0.1 ?V&# nA  
    Depth: 0.0 g6aIS^mU  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 pUF$Nq>og  
    Lp31Y . 4  
    7.加入水平平面波: bAOL<0RS9`  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: (`'(`x#  
    Input field Transverse: Rectangular _?~EWT   
    X Position: 0.5 wB'GV1|jL  
    Direction: Negative Direction Y2$wL9">  
    Label: InputPlane1 H. o=4[  
    2D Transverse: `O,^oD4  
    Center Position: 4.5 Q%>6u@'  
    Half width: 5.0 7C / ^ Gw  
    Titlitng Angle: 45 b,h@.s  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 t9l]ie{"o.  
    图2.波导结构(未设置周期)
    =Vie0TV&h  
    y$$|_ l@  
    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。 8SGqDaRt  
    将Linear2代码段修改如下:  /dI8o  
    Dim Linear2 7! sR%h5p  
    for m=1 to 8 u0;k_6N  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) `@3{}  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 @V}!elV  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" KwAc Ga}J  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" t4d^DZDh!  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" +,xluwv$9  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" .D3k(zZ  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" [b:0j-  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True _~Id~b  
    u7nTk'#r  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 .~ O- <P#  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    >q&X#E<w  
    QtHK`f>4#n  
    设置仿真参数 U%rEW[j  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 nPW=m`jG  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: "W^+NeLc  
    TE simulation q:cCk#ra  
    Mesh Delta X: 0.015 8hV>Q  
    Mesh Delta Z: 0.015 9 ;Qgby  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps J7pF*2  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。  MFyi#nq  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Nr"gj$v  
            其它参数保持默认 H#H[8#  
    运行仿真 )">uI\bi  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Cu! S|Xj.  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ]P*H,&I`#  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 j4wsDtmAU  
    #EA` |  
    远场分析衍射 O03N$ Jq A  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” \MDhm,H<  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 .4J7 ^l  
    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 LGh#  
    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) ;$vVYC  
    图4.远场计算对话框
    Q_6v3no1  
    %RX!Pi}5+g  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: z2iWr  
    Wavelength: 0.63 T@xaa\bzg  
    Refractive index: 1.5+0i $sFqMy  
    Angle Initial: -90.0 nx Jx8d"  
    Angle Final: 90.0 (qw;-A W8  
    Number of Steps: 721 Gvl,M\c9-  
    Distance: 100, 000*wavelength >r>pM(h  
    Intensity yu}T><Wst  
    1RauI0d*  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ]E|E4K6g  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 $\#wsI(  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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