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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: ~ #P` 7G  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ~2XiKY;W?  
    •光栅布局模拟和后处理分析 V:8{MO(C\  
    布局layout 6.3qux9  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 S <++eu  
    图1.二维光栅布局
    1(a+|  
    U;U19[]  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 /8>we`4  
    TzV~I\a|  
    步骤: XiyL563gh  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 T FK#ign  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 #\O?|bN'q  
    Wafer Dimensions: ;E\e.R  
    Length (mm): 8.5 tj" EUqKQ  
    Width (mm): 3.0 )!l1   
    \.`{nq  
    2D wafer properties: <IQ}j^u-F  
    Wafer refractive index: Air J~5+=V7OV  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ?Aky!43  
    D{]9s  
    在“Materials”中加入以下材料 P)06<n1">Z  
    Name: N=1.5 9P-I)ZqL  
    Refractive index (Re:): 1.5 IU rGJ#}O  
    N8`q.;qewz  
    Name: N=3.14 ia%U;M  
    Refractive index (Re:): 3.14 #Gu(h(Z s  
    T:w%RF[v9  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: e:iqv?2t  
    Name: ChannelPro_n=3.14 #D8u#8Dz  
    2D profile definition, Material: n=3.14 wB%;O`Oh  
    q>dERN&  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ,mD{4 >7  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Y ^}c+)t  
    Vs&Ul6@N  
    6.画出以下波导结构: PA${<wyBR_  
    a. Linear waveguide 1  @@+BPLl  
    Label: linear1 Q|W~6  
    Start Horizontal offset: 0.0 c8qwsp  
    Start vertical offset: -0.75 Ug^vVc)  
    End Horizontal offset: 8.5  LhtA]z,m  
    End vertical offset: -0.75 ne'Y{n(8%  
    Channel Thickness Tapering: Use Default G/_9!lE  
    Width: 1.5 0"xD>ue&  
    Depth: 0.0 SQI =D8  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 d2<+Pp  
    a^Lo;kHY  
    b. Linear waveguide 2 .Gnzu"lod  
    Label: linear2 Hu7WU;w  
    Start Horizontal offset: 0.5 &v&e- |r8;  
    Start vertical offset: 0.05 Q~$hx{foN  
    End Horizontal offset: 1.0 K}Rq<z W  
    End vertical offset: 0.05 ;cW9NS3:  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 5^GrG|~  
    Width: 0.1 Gbc2\A\  
    Depth: 0.0 ]*pro|  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 G297)MFF  
    IM&l%6[).  
    7.加入水平平面波: iea7*]vW  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: vI+X9C?  
    Input field Transverse: Rectangular d<afO?"  
    X Position: 0.5 ]MV=@T^8#  
    Direction: Negative Direction |C.[eHe&D  
    Label: InputPlane1 sWX\/Iyy2p  
    2D Transverse: WRfhxl  
    Center Position: 4.5 R\n*O@E v3  
    Half width: 5.0 C;oT0(  
    Titlitng Angle: 45 v L!?4k  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 cR/z;*wr7  
    图2.波导结构(未设置周期)
    Tyt1a>! qA  
    >Gi* BB  
    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。 y,vrMWDy  
    将Linear2代码段修改如下: . I#dR*  
    Dim Linear2 PitDk 1T  
    for m=1 to 8 b0lZb'  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) jij-pDQnv  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Vh5Z'4N  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 2sNV09id  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" "*0h=x$  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" uUI@!)@2  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" W)m\q}]FYz  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" /&g~*AL  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True h(3ko An  
    bf-V Q7  
    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。 g0-J8&?X  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    |GnqfD  
    $VyH2+ jC  
    设置仿真参数 3eJ"7sftW  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ''~#tK f  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ca!DZ%y  
    TE simulation n>:|K0u"  
    Mesh Delta X: 0.015 C9%2}E3Z$)  
    Mesh Delta Z: 0.015 qQx5n  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Z2hIoCT  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 |sklY0?l(  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ? _Y2'O  
            其它参数保持默认 6=i@t tAK  
    运行仿真 a  C<  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 9a lMC  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 R`!'c(V  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 v\b@;H`  
    ju{\7X5  
    远场分析衍射 a>XlkkX  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” c 6Z\ecH9  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 :ZP`Y%dt'  
    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 ^=V b'g3P~  
    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) ]\Q9j7}37+  
    图4.远场计算对话框
    z]O,Vqpl?  
    B gB]M3Il  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 0) T`&u3!  
    Wavelength: 0.63 leomm+f^  
    Refractive index: 1.5+0i yi$Jk}w  
    Angle Initial: -90.0 sJ q^>"|J  
    Angle Final: 90.0 ZVX!=3VT  
    Number of Steps: 721 -P'KpX:]hd  
    Distance: 100, 000*wavelength FF7  
    Intensity Dhy@!EOS  
    {Wp5Ane  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 nFY6K%[  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ^J{tOxO=l  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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