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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: t{WzKy  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 +[tE^`-F  
    •光栅布局模拟和后处理分析 -OA?BEQ=I  
    布局layout :E@3Vl#U  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 yzLpK;  
    图1.二维光栅布局
    Gmq/3tw  
    =<X?sj5  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 B&.FO O  
    0 Emr<n  
    步骤: /s[l-1zW  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 3+G@g#MY  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 I9 mvt e  
    Wafer Dimensions: cnFI &,FM  
    Length (mm): 8.5 :SGF45>B@  
    Width (mm): 3.0 L_+k12lm  
    ,>eMG=C;g  
    2D wafer properties: oNU0 qZ5  
    Wafer refractive index: Air I>[RqG  
    3 点击 Profiles 与 Materials. x-AZ %)N9  
    ;r>snJ=M  
    在“Materials”中加入以下材料 `}l JH i  
    Name: N=1.5 )6Ny1x+  
    Refractive index (Re:): 1.5 :)_~w4&  
    rZfN+S,g  
    Name: N=3.14 '6xQT-sUih  
    Refractive index (Re:): 3.14 ni6{pK4Wqm  
    0LfU=X0#7  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: lmxr oHE  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Fx $Q;H!.  
    2D profile definition, Material: n=3.14 q*7zx_ o  
    (A?H1 9  
    Name: ChannelPro_n=1.5 NDs!a  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Tjl:|F8  
    P4F3Dc  
    6.画出以下波导结构: zD(`B+  
    a. Linear waveguide 1 YQpSlCCo 3  
    Label: linear1 ( @3\`\X  
    Start Horizontal offset: 0.0 qnoNT%xazo  
    Start vertical offset: -0.75 .hba*dV  
    End Horizontal offset: 8.5 <IC~ GqXv  
    End vertical offset: -0.75 2A\,-*pc  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Pp| *J^U 4  
    Width: 1.5 Ty<L8+B|  
    Depth: 0.0 )* Q-.Je/U  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ']>Mp#j  
    Ojt`^r!V  
    b. Linear waveguide 2 +q)5dYRzV  
    Label: linear2 sp ]zbX?  
    Start Horizontal offset: 0.5 ]Lm9^q14m  
    Start vertical offset: 0.05 lr{?"tl_  
    End Horizontal offset: 1.0 4lM8\Lr  
    End vertical offset: 0.05 N @#c,,  
    Channel Thickness Tapering: Use Default \igmv]G%  
    Width: 0.1 ylB7*>[  
    Depth: 0.0 -CR?<A4mud  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 2Y>~k{AN%  
    7 As|Ns`  
    7.加入水平平面波: `KCh*i  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: OKP9CLg9  
    Input field Transverse: Rectangular ,i0b)=!o  
    X Position: 0.5 2PeR   
    Direction: Negative Direction UTSL  
    Label: InputPlane1 R-RDT9&<  
    2D Transverse: d~?X/sJ t  
    Center Position: 4.5 .!6>oL/iF  
    Half width: 5.0 M#4QQ} F.  
    Titlitng Angle: 45 7;tJK^J`  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 p[@5&_u(z  
    图2.波导结构(未设置周期)
    wBInq~K_  
    `xc^_781\  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 /\w)>0  
    将Linear2代码段修改如下: "&/]@)TPz  
    Dim Linear2 H%1$,]F  
    for m=1 to 8 0}:2Q#  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) $XU5??8  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 t'~/$=9}  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 2qHf'  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 5I,gBT|B  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ph}j[Co  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" )%X;^(zKM  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"  8*c3|  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True bpkwn<7-  
    XG@`ZJhU6  
    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。 $f pq 3  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    LrCk*@  
    PU {uE[  
    设置仿真参数 u0RS)&  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 \#rO!z d  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: >|o_wO  
    TE simulation M|[ZpM+  
    Mesh Delta X: 0.015 8CC/BOe  
    Mesh Delta Z: 0.015 +y#T?!jQYj  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ;XC@ =RpX  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 M0c 9pE  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 b}G24{  
            其它参数保持默认  y\F=ui  
    运行仿真 tehUD&  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 '(#g1H3  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 3_`szl-  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 'ZQWYr9R  
    7@PIM5h  
    远场分析衍射 *]x*B@RF  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” DP7C?}(  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 DJQglt}~  
    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 : &J8.G^  
    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) a}d6o;li  
    图4.远场计算对话框
    ^+R:MBK  
    z}.D" P+  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: z8Q"% @  
    Wavelength: 0.63 nSY-?&l6P  
    Refractive index: 1.5+0i f]d!hz!  
    Angle Initial: -90.0 )9P&=  
    Angle Final: 90.0 "L3Xd][  
    Number of Steps: 721 1]\TI7/ n  
    Distance: 100, 000*wavelength ~2/{3m{3A  
    Intensity PM4>ThQ  
    9DEh*%q  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 $`vkw(;t)1  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 W>L@j(  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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