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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: s#~VN;-I  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Lh+7z>1  
    •光栅布局模拟和后处理分析 P'}EZ'  
    布局layout 6heK8*.T  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 =>*}qen  
    图1.二维光栅布局
    %5ov!nm7  
    *o=Z~U9z  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 Sn97DCdk  
    l2#~   
    步骤: KjA7x  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 _576Qa'rm  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 "<oR.f=0  
    Wafer Dimensions: ({4?RtYm  
    Length (mm): 8.5 pJ?y  
    Width (mm): 3.0 B_!S\?}$  
    |}l/6WHB  
    2D wafer properties: h\C1:0x{  
    Wafer refractive index: Air D$hK  
    3 点击 Profiles 与 Materials. .Sm 8t$  
    rl"yE=  
    在“Materials”中加入以下材料 $jC+oYXj  
    Name: N=1.5 45+kwo0  
    Refractive index (Re:): 1.5 hzV%QDUpe  
    sI)jqHZG  
    Name: N=3.14 &Ai +t2  
    Refractive index (Re:): 3.14 j%!xb><  
    .j!:Hp(z}  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: _=w=!U&W  
    Name: ChannelPro_n=3.14 'mU\X!- 4<  
    2D profile definition, Material: n=3.14 H8c -/  
    (!ud"A|ab4  
    Name: ChannelPro_n=1.5 p=Q o92 NH  
    2D profile definition, Material: n=1.5 @M*5q# s  
    ]VVx2ERs  
    6.画出以下波导结构: 3qfQlqJ&3  
    a. Linear waveguide 1 <.|]%7  
    Label: linear1 yWYsN  
    Start Horizontal offset: 0.0 Si;eBPFH  
    Start vertical offset: -0.75 :2L-Nf  
    End Horizontal offset: 8.5 ?f6Fj  
    End vertical offset: -0.75 f+Bv8 g  
    Channel Thickness Tapering: Use Default r^d:Po  
    Width: 1.5 ovtZHq/  
    Depth: 0.0 K`R  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 )q+;+J`>  
    #1>c)_H  
    b. Linear waveguide 2 c"'JMq  
    Label: linear2 ( Q k*B  
    Start Horizontal offset: 0.5 uoY]@.  
    Start vertical offset: 0.05 {Cw>T-`  
    End Horizontal offset: 1.0 XQ k ,xQ  
    End vertical offset: 0.05 &-.2P!t  
    Channel Thickness Tapering: Use Default uY )|   
    Width: 0.1 _'r&'s;<z  
    Depth: 0.0 Daf;; w  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 CwzDkr&QC_  
    J16(d+  
    7.加入水平平面波: r^"pLzAx  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: -[lOf  
    Input field Transverse: Rectangular z!9w Lo^r  
    X Position: 0.5 %xwdH4 _  
    Direction: Negative Direction nrZZkQNI  
    Label: InputPlane1 Y&b JKX  
    2D Transverse: gM#]o QOGE  
    Center Position: 4.5 !vSj1w  
    Half width: 5.0 f,Dj@?3+  
    Titlitng Angle: 45 #F >R5 D  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 I_h&35^t  
    图2.波导结构(未设置周期)
    #.W<[KZf  
    jTz~ V&^  
    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。 r7:4| 6E  
    将Linear2代码段修改如下: 6SD9lgF*-  
    Dim Linear2 RC]-9gd3Q  
    for m=1 to 8 "f`{4p0v  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) TzY[- YlvF  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 )1 !*N)$  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 7%^ /Jm  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" eN ]9=Y~-K  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" K@@[N17/8  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 39,7N2uY  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" nJo6;_MI!  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True -Fs<{^E3j  
    ],ISWb  
    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。 nx'D&, VX  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    kC-OZVoO  
    (E?X@d iu  
    设置仿真参数 PzD ekyl  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ?r-W , n  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: OAZ5I)D>  
    TE simulation .~dNzonq  
    Mesh Delta X: 0.015 7^Q4?(A  
    Mesh Delta Z: 0.015 V17SJSC-  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps z 7g=L@   
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ?Q%X,!~ \:  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 5QUL-*t  
            其它参数保持默认 dBMr%6tz  
    运行仿真 -mK;f$X  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 CQm(N  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 jpek=4E  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 K.K=\ Y2  
    aqzIMOAf  
    远场分析衍射 vCS D1~V_  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” aoVfvz2Y  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 E;AOCbV*$  
    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 yJAz#~PO/  
    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) z 8\z`#g!  
    图4.远场计算对话框
    I7q}<"`  
    =;?afUj  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: *Z,?VEO  
    Wavelength: 0.63 +Q+>{HK  
    Refractive index: 1.5+0i wz=c#}0dB  
    Angle Initial: -90.0 WvJidz?5  
    Angle Final: 90.0 Zf~Z&"C)  
    Number of Steps: 721 zBTyRL l  
    Distance: 100, 000*wavelength Y<0R5rO  
    Intensity >")<pUQ  
    z->[:)c  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 nL@(|nJ[  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 zo~5(O@  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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