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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: hd}"%9p  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 h0fbc;l  
    •光栅布局模拟和后处理分析 %A<|@OSdOa  
    布局layout 0vRug|}k#%  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 F$Q@UVA  
    图1.二维光栅布局
    \WeGO.i-  
    l1qWl   
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 M(2c{TT  
    i`1QR@11  
    步骤: j.@TPf*  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 wz P")}[0  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 A"@C }f  
    Wafer Dimensions: |H4/a;]~  
    Length (mm): 8.5 w<]Wg^dyQ  
    Width (mm): 3.0 GUyc1{6  
    /# M|V6n  
    2D wafer properties: wb }W;C@  
    Wafer refractive index: Air f`j RLo*L  
    3 点击 Profiles 与 Materials.  ? h$>7|  
    vO)nqtw  
    在“Materials”中加入以下材料 |h,aV(Q  
    Name: N=1.5 J 8"Cw<=O  
    Refractive index (Re:): 1.5 J8x>vC  
    /L1qdkG  
    Name: N=3.14 ^xGdRa U#  
    Refractive index (Re:): 3.14 ;Vad| -  
    &OiJJl[9  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: '%>$\Lv  
    Name: ChannelPro_n=3.14 B%L0g.D"  
    2D profile definition, Material: n=3.14  0FHX  
    $e! i4pM  
    Name: ChannelPro_n=1.5 \7}X^]UVx  
    2D profile definition, Material: n=1.5 shlL(&Py  
    8yH) 8:w  
    6.画出以下波导结构: +x!V;H(  
    a. Linear waveguide 1 SZCF db  
    Label: linear1 sY t8NsQ  
    Start Horizontal offset: 0.0 b "4W` A  
    Start vertical offset: -0.75 Vl!Z|}z  
    End Horizontal offset: 8.5 uE>2 *u\  
    End vertical offset: -0.75 RkN a;j)t  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Aov=qLWJ  
    Width: 1.5 h!f7/) |[o  
    Depth: 0.0 j"E_nV:Qc  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 j0k"iv  
    e/WR\B'1  
    b. Linear waveguide 2 zb}:wUR  
    Label: linear2 *N$#cz  
    Start Horizontal offset: 0.5 N"b>]Ab] ;  
    Start vertical offset: 0.05 )jp#|#h  
    End Horizontal offset: 1.0 <3QE3;4  
    End vertical offset: 0.05 ;b$(T5  
    Channel Thickness Tapering: Use Default laqW {sX^5  
    Width: 0.1 Od'!v&  
    Depth: 0.0 itM6S$  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 g[j"]~  
    aU2O5z&  
    7.加入水平平面波: Xb42R1  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: -lyT8qZ:(  
    Input field Transverse: Rectangular 38%]G Q  
    X Position: 0.5 ~l-Q0wg  
    Direction: Negative Direction fw_V'l#\  
    Label: InputPlane1 8 @!/%"Kt2  
    2D Transverse: jd=k[Yqr  
    Center Position: 4.5 R{3f5**0  
    Half width: 5.0 |-I[{"6q$@  
    Titlitng Angle: 45 l?B\TA^  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 o\8yYX  
    图2.波导结构(未设置周期)
    bzmT.!  
    AFl]w'=  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 ]]+wDhxH  
    将Linear2代码段修改如下: K!k,]90Ko  
    Dim Linear2 r9@W8](\  
    for m=1 to 8 }(dhXOf\q  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) `Y/DttjL  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 -.1x!~.jX  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" (M6B$:  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 0W9,uC2:N  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" u A:|#mO  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" IyYC).wU}  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 'rU [V+  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True !tFs(![  
    +is;$ 1rq  
    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。 5FnWlFc  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    IR|AlIv  
    JMw1qPJQ  
    设置仿真参数 6Ez}A|i  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 N9Yc\?_NU_  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: A--Hg-N|  
    TE simulation Dq Kk9s;6_  
    Mesh Delta X: 0.015 7f'9Dm`  
    Mesh Delta Z: 0.015 (H<S&5[  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps YrjF1hJ  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 y:D|U!o2V  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 myFj w@  
            其它参数保持默认 >.SU= HG;  
    运行仿真 'i{kuTv  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 <n>Kc}c  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 h2!We#  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 @X"p"3V  
    =g2; sM/  
    远场分析衍射 qn6Y(@<[  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 6YQ&+4   
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 G{i}z^n  
    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 P6zy<w  
    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) %:N6#;l M  
    图4.远场计算对话框
    EMmNlj6  
    *n N;!*J  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: I7nt<l!  
    Wavelength: 0.63 0Oc' .E9  
    Refractive index: 1.5+0i pRD8/7@(B{  
    Angle Initial: -90.0 Z'>Xn^  
    Angle Final: 90.0 j\("d4n%C  
    Number of Steps: 721 H jbC>*  
    Distance: 100, 000*wavelength =E8lpN'  
    Intensity OOGqtA;  
    _+S`[:;a  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 9l@VxX68M  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 uR|Jn)/m(  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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