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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: 8N \<o7t%  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 h"nhDART<  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Jj?HOtaM  
    布局layout EjMVlZC>  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。  1D_&n@  
    图1.二维光栅布局
    uVTacN%X  
    kc(m.k!|f\  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ,3N>`]Km'  
     TD%&9$F  
    步骤: ^`k;~4'd  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 6%}`!_N<Mc  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ?U+hse3e~  
    Wafer Dimensions: `!$6F:d_l  
    Length (mm): 8.5 wl&T9O;?  
    Width (mm): 3.0 *ow`}Q  
    Va?i#<a  
    2D wafer properties: b.v +5=)B  
    Wafer refractive index: Air 8&M<?oe  
    3 点击 Profiles 与 Materials. <bb!BS&w  
    .$7RF!p  
    在“Materials”中加入以下材料 P;o  {t  
    Name: N=1.5 } C:i0Q  
    Refractive index (Re:): 1.5 J]#rh5um  
    E*`PD<:)H  
    Name: N=3.14 ]E$NJq|  
    Refractive index (Re:): 3.14 o$eCd{HuX  
    -gm5E qi  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: A]TEs)#*7)  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Hy1$Kvub  
    2D profile definition, Material: n=3.14 G%FZTA6a  
    [^s;Ggi9  
    Name: ChannelPro_n=1.5 EQ ee5}  
    2D profile definition, Material: n=1.5 FR[I~unqD  
    n1{[CCee@  
    6.画出以下波导结构: / Ws>;0  
    a. Linear waveguide 1 l cHf\~  
    Label: linear1 "+T`{$Z=C  
    Start Horizontal offset: 0.0 \*=wm$p&*  
    Start vertical offset: -0.75 !u@P\8M}  
    End Horizontal offset: 8.5 DqT<bNR1*;  
    End vertical offset: -0.75 hPSMPbI  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ^)?Wm,{"w  
    Width: 1.5 ^h$*7u"^y  
    Depth: 0.0 S'8+jY  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 Y|Q(JX  
    6ICW>#fI`  
    b. Linear waveguide 2 D<d, 9S,)  
    Label: linear2 ^n0;Q$\  
    Start Horizontal offset: 0.5 G(.G>8pf  
    Start vertical offset: 0.05 E&zf<Y  
    End Horizontal offset: 1.0 i7-~"g  
    End vertical offset: 0.05 Lm~<BBp.  
    Channel Thickness Tapering: Use Default !(F?`([A  
    Width: 0.1 =Q40]>bpx  
    Depth: 0.0 n H?6o#]N  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 'Og@<~/Xy  
    F-wAQ:  
    7.加入水平平面波: o& FOp'  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Sp5:R75vI  
    Input field Transverse: Rectangular ?-<lIF Fh  
    X Position: 0.5 Pgr2 S I  
    Direction: Negative Direction B223W_0"o  
    Label: InputPlane1 "ktuq\a@  
    2D Transverse: rgzra"u)  
    Center Position: 4.5 cb /Q<i  
    Half width: 5.0 W:]2T p  
    Titlitng Angle: 45 %US&`BT!  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 &~P4yI;,  
    图2.波导结构(未设置周期)
    XeI2 <=@%  
    lf7bx}P*  
    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) ]j X  
    将Linear2代码段修改如下: 5q0L<GOrj  
    Dim Linear2 "iK= 8  
    for m=1 to 8 &|Duc} t  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) -_ I)5*N  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 -j3Lgm  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" tRdf:F\X  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" p3U)J&]c6  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" {h+8^   
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" =Pl@+RgK+  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" `HRL .uX  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True rQimQ|+  
    H:c5 q0O^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。 +-<G(^  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ~9+01UU^  
    (I}owr5:  
    设置仿真参数 >)ekb7  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框  8${n}}  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: -"I$$C  
    TE simulation TRm#H $  
    Mesh Delta X: 0.015 eG,x\  
    Mesh Delta Z: 0.015 6j|Ncv  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps #%;Uh  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 {6ZSf[Y6B  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 +\T8`iCFB  
            其它参数保持默认 > ubq{'  
    运行仿真 64?HqO 6(  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Y#9W]78He  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Fe0M2%e;|  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 C.S BJ  
    h< r(:.%!}  
    远场分析衍射 OeqKKVuQ  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” _Xd"'cXw  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 5C!zEI)  
    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 ,&UKsrs_  
    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) `7=$I~`  
    图4.远场计算对话框
    AO7[SHDZ  
    b-<0\@`Z#  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ^K<3_D>1>  
    Wavelength: 0.63 w7@`:W  
    Refractive index: 1.5+0i %nZ:)J>kz  
    Angle Initial: -90.0 T<B}Z11R  
    Angle Final: 90.0 <Z%=lwtX  
    Number of Steps: 721 -V}oFxk]q  
    Distance: 100, 000*wavelength %LrOGr  
    Intensity vIRT$W' O}  
    2=_$&oT**  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ~X3g_<b_8  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 $2a"Ec!7  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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