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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: #- l1(m  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 S? -6hGA j  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ^ #6Ei9di  
    布局layout 2|LgUA?<  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 hSg4A=y  
    图1.二维光栅布局
    z'FpP  
    aBBTcN%'  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 Rxg ^vM*  
    nB; yS<  
    步骤: :o)4Y  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 _(qU%B  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 4RLuv?,)~  
    Wafer Dimensions: 6X2~30pdE  
    Length (mm): 8.5 'b?Px}  
    Width (mm): 3.0 h{J=Rq  
    ,#NH]T`c1  
    2D wafer properties: 0R#T3K}  
    Wafer refractive index: Air c" |4'#S  
    3 点击 Profiles 与 Materials. qs["&\@  
    F2B9Q_>P  
    在“Materials”中加入以下材料 @@?P\jv~  
    Name: N=1.5 Vy- kogVt  
    Refractive index (Re:): 1.5 jm~qD T,  
    uxxS."~  
    Name: N=3.14 rZ|!y ~S|  
    Refractive index (Re:): 3.14 QR.]?t;1  
    vE}>PEfA  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: |#87|XIJ&~  
    Name: ChannelPro_n=3.14 <b5J"i&m  
    2D profile definition, Material: n=3.14 5kRP Sfh  
    Y[0  
    Name: ChannelPro_n=1.5 l]bCt b%_  
    2D profile definition, Material: n=1.5 wDL dmrB  
    ~h:/9q  
    6.画出以下波导结构: B{In "R8  
    a. Linear waveguide 1 fsA-}Qc  
    Label: linear1 +&U{>?.u  
    Start Horizontal offset: 0.0 ,h#U<CnP#  
    Start vertical offset: -0.75 f&n6;N  
    End Horizontal offset: 8.5 b <1k$0J6  
    End vertical offset: -0.75 Hq>"rrVhx  
    Channel Thickness Tapering: Use Default )\!-n]+A  
    Width: 1.5 5bfd8C  
    Depth: 0.0 uoryxKRjc~  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ~ sC<V  
    VSxls  
    b. Linear waveguide 2 2I!L+j_  
    Label: linear2 Tej&1'G  
    Start Horizontal offset: 0.5 6F@2:]W  
    Start vertical offset: 0.05 SEL7,8 Hm  
    End Horizontal offset: 1.0 pE^jUxk6  
    End vertical offset: 0.05 |x Nd^  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ;&A%"8o  
    Width: 0.1 o:.6{+|N  
    Depth: 0.0 f19~B[a  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 `;:zZ8*  
    .3tyNjsn\  
    7.加入水平平面波: G;'=#c ^  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: -f4>4@y  
    Input field Transverse: Rectangular +FYQ7UE  
    X Position: 0.5 !6d6b@Mv  
    Direction: Negative Direction " iKX-VIl  
    Label: InputPlane1 Q)H1\  
    2D Transverse:  w`77E=  
    Center Position: 4.5 #Q6.r.3@x  
    Half width: 5.0 #wvmVB.5~  
    Titlitng Angle: 45 ](z?zDk  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 *1>zE>nlP  
    图2.波导结构(未设置周期)
    C4`u3S  
    /.[;u1z"^  
    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。 :J'ibb1  
    将Linear2代码段修改如下: xpzQ"'be  
    Dim Linear2 ~kkwPs2V  
    for m=1 to 8 h|DKD.  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) uqN:I)>[P  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 '/h~O@Rw  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ?11\@d  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" +dt b~M  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" DH5]Kzb/  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 8%Wg;:DZx  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" pFUW7jE  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True //ZYN2lT4  
    L'*P;z7<  
    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。 7Lv5@  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    3=SN;cn  
    X`,]@c%C`  
    设置仿真参数 d- wbZ)BR  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 N@z+h  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: l5 FM>q  
    TE simulation ] VN4;R  
    Mesh Delta X: 0.015  <0,szw  
    Mesh Delta Z: 0.015 6*cY[R|q!  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps c<(LXf+61  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 g#=~A&4q  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 f a9n6uT  
            其它参数保持默认 a9OJC4\  
    运行仿真 X+: >&&9  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 q*h1=H52  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Gm]]Z_  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 vbZGs7%  
    F$;vPAxbK"  
    远场分析衍射 o*L#S1yL  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” D>YbL0K>X~  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 }iK_7g`yKa  
    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 (IrX \Y  
    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) c1,dT2:=  
    图4.远场计算对话框
    LEUD6 M+~t  
    rQ4i%.  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: (4U59<ie  
    Wavelength: 0.63 `$X|VAS2  
    Refractive index: 1.5+0i {U`B|  
    Angle Initial: -90.0 7= o2$  
    Angle Final: 90.0 ddR_+B*H  
    Number of Steps: 721 WdA6Y  
    Distance: 100, 000*wavelength dwQ*OxFl  
    Intensity dXe. 5XC  
    l<](8oc. w  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 lu GEBPi  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Qe~2'Hw#9  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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