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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: aH >.o 1;  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 !}vz_6)  
    •光栅布局模拟和后处理分析 QR,i b  
    布局layout $4eogI7N>w  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 <Z0Tz6/j,  
    图1.二维光栅布局
    ; aMMI p  
    cq!> B{  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ?Dfgyz  
    zPVA6~|l  
    步骤: K1C#  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Cvl"")ZZ`  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 _PRm4 :  
    Wafer Dimensions: hxtu^E/  
    Length (mm): 8.5 sB"]R%`_  
    Width (mm): 3.0 ,v^it+Jc'  
     M,6AD]  
    2D wafer properties: 4e5Ka{# <  
    Wafer refractive index: Air ]V9\4#I4  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 1f~D Uku=  
    c8u&ev.U  
    在“Materials”中加入以下材料 Uh7kB`2  
    Name: N=1.5 H- S28%.  
    Refractive index (Re:): 1.5 9EH%[wfv  
    .vb*|So  
    Name: N=3.14 $QY(7Z"  
    Refractive index (Re:): 3.14 apYf,"|9  
    LS \4y&J40  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ?Jx8z`(  
    Name: ChannelPro_n=3.14 |fa3;8!96  
    2D profile definition, Material: n=3.14 hio{: (  
    &K\di*kN  
    Name: ChannelPro_n=1.5 SIg=_oa   
    2D profile definition, Material: n=1.5 L1J"_.=P  
    y6Rg@L&U  
    6.画出以下波导结构: h?idRaN_  
    a. Linear waveguide 1 jgC/  
    Label: linear1 N2~Nc"L  
    Start Horizontal offset: 0.0 "q%Q[^b  
    Start vertical offset: -0.75 >uI|S  
    End Horizontal offset: 8.5 <vPIC G)  
    End vertical offset: -0.75 Ddu$49{S:  
    Channel Thickness Tapering: Use Default /*8"S mte  
    Width: 1.5 |D<~a(0  
    Depth: 0.0 ]pFYAe ?  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 \BS^="AcpP  
    L >xN7N3&m  
    b. Linear waveguide 2 d_OHQpfK  
    Label: linear2 p;C`n)7P7  
    Start Horizontal offset: 0.5 ;[*7UE+#7  
    Start vertical offset: 0.05 +p_SKk!%+  
    End Horizontal offset: 1.0 -\r*D#aHBN  
    End vertical offset: 0.05 Dzp9BRS 2f  
    Channel Thickness Tapering: Use Default J%%nv5y  
    Width: 0.1 44cyD _(  
    Depth: 0.0 :vm*miOF  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 xKIm2% U9  
    G<>`O;i  
    7.加入水平平面波: 2!l)% F`  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: PInU-"gG  
    Input field Transverse: Rectangular fD V:ueO  
    X Position: 0.5 {@({po  
    Direction: Negative Direction t\'URpa+5%  
    Label: InputPlane1 Pxl7zz&pl=  
    2D Transverse: `L0}^ |`9  
    Center Position: 4.5 :xv"m {8+  
    Half width: 5.0 6o {41@v(  
    Titlitng Angle: 45 #IgY'L  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 =)'AXtvE  
    图2.波导结构(未设置周期)
    cnQ( G$kh  
    @m#7E4 +  
    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_1R]n1/  
    将Linear2代码段修改如下: ^e)KEkh  
    Dim Linear2 m~%IHWO'  
    for m=1 to 8 z0doL b^!  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 0f1*#8-6  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 N^:)U"9*e  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ECQ>VeP  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Z^s&]  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" sJMT _yt;  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Fvl_5l  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" > u~ l_?  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True tP7l ;EX4  
    l2._Z Py  
    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。 yX<Sk q  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    "Q-TLN5(  
    #2/k^N4r  
    设置仿真参数 x2(hp  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Uz[#t1*  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: #jbo! wdg  
    TE simulation r +d%*Dx  
    Mesh Delta X: 0.015 \"|E8A6/  
    Mesh Delta Z: 0.015 -n+ =[M  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 4h|sbB"t  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 0LeR#l:I  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 X\V1c$13CK  
            其它参数保持默认 ~#pQWa5  
    运行仿真 hvwKhQ}wX  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Y{6y.F*Q#  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 `ZC_F! E  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 +?DP r  
    j/ow8Jmc*  
    远场分析衍射 y)CnH4{  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” NirG99kyo  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 2mRm.e9?  
    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 criOJ-  
    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) W0R<^5_  
    图4.远场计算对话框
    D!^&*Ia?2  
    Rm>AU=  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 33:{IV;k  
    Wavelength: 0.63 _H} 8eU  
    Refractive index: 1.5+0i 8{^zXJi]m  
    Angle Initial: -90.0 "**Tw'  
    Angle Final: 90.0 6F !B;D-Q  
    Number of Steps: 721 o'+p,_y9Y@  
    Distance: 100, 000*wavelength RoS&oGYqR  
    Intensity J!YB_6b  
    $3psSQQo  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 $pr\"!|z  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 .!/w[Z]  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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