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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_Ffbs_6t  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ^3q o%=i  
    •光栅布局模拟和后处理分析 }E}b/ulg1  
    布局layout W)0y+H\% r  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 m ^O9G?  
    图1.二维光栅布局
    FK8G BkQ!  
    ]B;\?Tim  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 g7-=kmr|V  
    c|s*(WljY  
    步骤: e>:bV7h j~  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 7xmyjy%c  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 1 >nl ]yO  
    Wafer Dimensions: `?X=@  
    Length (mm): 8.5 (($"XOU  
    Width (mm): 3.0 E903T''s  
    ~sI$xX!  
    2D wafer properties: Zv`j+b  
    Wafer refractive index: Air 7d7"^M  
    3 点击 Profiles 与 Materials. GCf3'u  
    S;582H9D  
    在“Materials”中加入以下材料 7,\Uk|  
    Name: N=1.5 X C jYm  
    Refractive index (Re:): 1.5  QTN _Z#'  
    }WN0L?h.E  
    Name: N=3.14 #b~wIOR)Z  
    Refractive index (Re:): 3.14 X>n\@rTo  
    =-ky%3:`@  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: T@n-^B!Xq  
    Name: ChannelPro_n=3.14 &*I\~;1  
    2D profile definition, Material: n=3.14 F^ m`j6  
    5 W<\J  
    Name: ChannelPro_n=1.5 $uA?c& e  
    2D profile definition, Material: n=1.5 m"2KAq61  
    _d8k[HAJ|  
    6.画出以下波导结构: \LFRu  
    a. Linear waveguide 1 {\OIowa  
    Label: linear1 q<YteuZJ,  
    Start Horizontal offset: 0.0 "%c\i-&t  
    Start vertical offset: -0.75 e7{n=M  
    End Horizontal offset: 8.5 Cmq.V@  
    End vertical offset: -0.75 H$^b.5K  
    Channel Thickness Tapering: Use Default He)<S?X-6  
    Width: 1.5 ^lqcF.  
    Depth: 0.0 ?UXKy  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 z2m%L0  
    iY=M67V  
    b. Linear waveguide 2 O1@-)<_71  
    Label: linear2 \haJe~  
    Start Horizontal offset: 0.5 #?xhfSgr  
    Start vertical offset: 0.05 idwiM|.iU  
    End Horizontal offset: 1.0 [<)/ c>Y  
    End vertical offset: 0.05 _YXk ,ME!Q  
    Channel Thickness Tapering: Use Default \#(cI  
    Width: 0.1 C043h?x  
    Depth: 0.0 z$3 3NM  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 f\Bd lOJ>  
    73$^y)AvY  
    7.加入水平平面波: H61 ,pr>  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: m6a q_u{W  
    Input field Transverse: Rectangular _P!J0  
    X Position: 0.5 f-9& n4=H  
    Direction: Negative Direction {x $H# <Y  
    Label: InputPlane1 KzeTf?G  
    2D Transverse: m6BIQ(l  
    Center Position: 4.5 G<kslTPyq  
    Half width: 5.0 ^h+<Q%'a'  
    Titlitng Angle: 45 }5H3DavW  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Azx4+`!-  
    图2.波导结构(未设置周期)
    u>Z0ug6x  
    m*L*# ZBS  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 (F$V m  
    将Linear2代码段修改如下: ]8(_{@ /  
    Dim Linear2 A KO#$OJE  
    for m=1 to 8 Y`S9mGR#  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) OO@ (lt  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 }/ 6Q3B  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" rn l~i  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 8LP L4l  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" uBLI!N-G  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" :\x)`lu  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ^Bw2y&nN  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True BN&^$1F((  
    (W3~r  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 _94|^   
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    'AN3{  
    SI=vA\e  
    设置仿真参数 @ U6Iw"@  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 *<n]"-  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: l~,5)*T  
    TE simulation cq`v8  
    Mesh Delta X: 0.015 w66iLQ\@  
    Mesh Delta Z: 0.015 {D1"bDZ  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps q.0a0 /R  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 [z$th  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 4 2aYM!  
            其它参数保持默认 NF <|3|  
    运行仿真 {-IH?!&v  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Xc;W9e(U  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 x@3Ix, b'  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 )Xxu-/-  
    fOEw]B#@  
    远场分析衍射 @K; 4'b~  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 4S>A}rWz  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 N;e d_!  
    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 ftB-gItV  
    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) h.@5vhD  
    图4.远场计算对话框
    nZe2bai  
    E7-il;`cKn  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: >%k:+ +b{  
    Wavelength: 0.63 BtS#I[-p_  
    Refractive index: 1.5+0i m.ev~Vv~  
    Angle Initial: -90.0 I!?-lI@(  
    Angle Final: 90.0 s(W]>Ib  
    Number of Steps: 721 &U%AVD[  
    Distance: 100, 000*wavelength  L5/J  
    Intensity coq7La[  
    _oK*1#Rm8  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 .6Tan2[%  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 $8gj}0}eH  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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