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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:  [k&s!Qp  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 PuoJw~^h  
    •光栅布局模拟和后处理分析 p7=^m>Z6  
    布局layout '14l )1g.  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 8IIdNd  
    图1.二维光栅布局
    H7XxME  
    &+w!'LSaD  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 *d,n2a#n5  
    U%PMV?L{  
    步骤: ?[4khQt  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 !)*T  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 g2b4 ia!L  
    Wafer Dimensions: nKa ;FaJ  
    Length (mm): 8.5 <~8f0+"  
    Width (mm): 3.0 .2SIU4[P  
    Ckl]fy@D}  
    2D wafer properties: g:e8i~  
    Wafer refractive index: Air N+@@EOmH  
    3 点击 Profiles 与 Materials. <x;[ H%  
    YU\t+/b  
    在“Materials”中加入以下材料 ~x^+OXf!^g  
    Name: N=1.5 _itN.^  
    Refractive index (Re:): 1.5 T+{'W  
    XxU}|jTO#  
    Name: N=3.14 89e.\EH  
    Refractive index (Re:): 3.14 Ex&RR< 5  
    jnLu|W&  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: :Y?08/V  
    Name: ChannelPro_n=3.14 2iINQK$  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ,`2xfVa-  
    3eDx@8N }  
    Name: ChannelPro_n=1.5 -a^sX%|Bl  
    2D profile definition, Material: n=1.5 3&d+U)E  
    e5\1k#@  
    6.画出以下波导结构: eDZ3SIZ  
    a. Linear waveguide 1 Vm8_ !$F  
    Label: linear1 op{(mn  
    Start Horizontal offset: 0.0 l|QFNW[i  
    Start vertical offset: -0.75 LZbHK.G=  
    End Horizontal offset: 8.5 RX|&cY>  
    End vertical offset: -0.75 #^ [N4uV  
    Channel Thickness Tapering: Use Default (%IstR|u:  
    Width: 1.5 J#;m)5[ a%  
    Depth: 0.0 ?#y<^oNM  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 30v1VLR_)  
    [eik<1=,~?  
    b. Linear waveguide 2 &T.P7nJ=  
    Label: linear2 rpI7W?hh  
    Start Horizontal offset: 0.5 ^?0,G>I%-  
    Start vertical offset: 0.05 [GT1,(}. Z  
    End Horizontal offset: 1.0 aRKG)0=  
    End vertical offset: 0.05 M@86u^80  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 8[p6C Jl)  
    Width: 0.1 cG"<*Xi<  
    Depth: 0.0 X)+sHcE~#  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 b#'a4j-u  
    ] ]-0RJ=S?  
    7.加入水平平面波: 1pr_d"#4  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: vu \Dx9  
    Input field Transverse: Rectangular Z- Ae'ym  
    X Position: 0.5 &otgN<H9  
    Direction: Negative Direction ~Q\ZDMTK  
    Label: InputPlane1 g2_df3Q  
    2D Transverse: }u)G ERWO  
    Center Position: 4.5 9r*T3=u.S  
    Half width: 5.0 )_ u'k /  
    Titlitng Angle: 45 ~ ?_Z!eS  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 %NoZf^ ?  
    图2.波导结构(未设置周期)
    !{0!G  
    bW3o%srxa  
    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。 ^>28>!"1  
    将Linear2代码段修改如下: p=T\3_q  
    Dim Linear2 <b40\Z{+  
    for m=1 to 8 R;ug+N  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) #ms98pw%5  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 -"L6^IH7  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 1 niTkop  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ~q>ilnL"h  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" m 1;jS|  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" uV:;y}T^Z  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" #8|NZ6x,  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True a5&j=3)|  
    AVZ@?aJgF  
    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。 ^;_b!7*  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    u^p[zepW\  
    X y<KvFy  
    设置仿真参数 ;OyM~T gI  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 V(0[QA  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: Y{@[)M{<  
    TE simulation L  *@>/N  
    Mesh Delta X: 0.015 ;zG|llX  
    Mesh Delta Z: 0.015 ITiw) M  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps +w5?{J  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 96j2D8=w  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 y~[So ,G  
            其它参数保持默认 NQD b;5:  
    运行仿真  i9"1  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 R/|o?qTrj  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 g5[3[Z(.  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 9tQk/niMM5  
    .&dcJh*O+  
    远场分析衍射 S3f BZIPp  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” G_]mNh  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 _,Y79 b6  
    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 KS_d5NvYl  
    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) lHXH03  
    图4.远场计算对话框
    VGIc|Q=F  
    mt'#j"mU  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: V5MbWXgR  
    Wavelength: 0.63 V ZGhF!To  
    Refractive index: 1.5+0i x.RZ!V-  
    Angle Initial: -90.0 yvvR%]!.  
    Angle Final: 90.0 j!dklQh0  
    Number of Steps: 721 70~]J8T+u  
    Distance: 100, 000*wavelength 3]P=co@  
    Intensity g9JtWgu  
    FTe#@\I  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 "'L SLp  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 %h rR'*nG  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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