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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: epKr6 xq  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 !?_CIt$p  
    •光栅布局模拟和后处理分析 '.<iV!ZdZ  
    布局layout k-a1^K3  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。  S!#5  
    图1.二维光栅布局
    YhNrg?nS  
    M*bsA/Z  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 NC!B-3?x  
    %E/#h8oN{  
    步骤: ,tQN L\t  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 \pkK >R  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 pY-!NoES  
    Wafer Dimensions: BKO^ux%  
    Length (mm): 8.5 tK[o"?2y  
    Width (mm): 3.0 #'O9Hn({  
    ob8}v*s  
    2D wafer properties: WY QVe_<z:  
    Wafer refractive index: Air lz6CK  
    3 点击 Profiles 与 Materials. q+4dHS)x  
    7XT(n v  
    在“Materials”中加入以下材料 Q!3-P  
    Name: N=1.5 ;hODzfNkS  
    Refractive index (Re:): 1.5 g33Y$Xdk  
    3 ^x&G?)  
    Name: N=3.14 v(R^LqE  
    Refractive index (Re:): 3.14 Z2@e~&L  
    *;McX  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: F WU >WHX  
    Name: ChannelPro_n=3.14 GFE3p  
    2D profile definition, Material: n=3.14 'v^shGI%Ht  
    >r C*.  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ~8 UMwpl-  
    2D profile definition, Material: n=1.5 aCH;l~+U  
    3QKBuo  
    6.画出以下波导结构: ]@cI_n  
    a. Linear waveguide 1 7Y-Q, ?1  
    Label: linear1 RhmkpboucC  
    Start Horizontal offset: 0.0 w2V:x[  
    Start vertical offset: -0.75 <,it<$f#  
    End Horizontal offset: 8.5 ?./fVoA]V  
    End vertical offset: -0.75 fQ"Vx!  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ?Fl O,|   
    Width: 1.5 (w2lVL&   
    Depth: 0.0 T%9t8?I  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 }6pr.-J  
    x4>"m(&%  
    b. Linear waveguide 2 )g?jHm-p\  
    Label: linear2 zt9A-% \R  
    Start Horizontal offset: 0.5 ~N}Zr$D  
    Start vertical offset: 0.05 v!DK.PZbi  
    End Horizontal offset: 1.0 =bP<cC=3b  
    End vertical offset: 0.05 A'uaR?  
    Channel Thickness Tapering: Use Default mJd8?d  
    Width: 0.1 THX% z `  
    Depth: 0.0 5M9o(Z\AF  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 YahW%mv`d  
    h+!R)q8M  
    7.加入水平平面波: M6quPj  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Het>G{  
    Input field Transverse: Rectangular 6C"zBJcGc  
    X Position: 0.5 c;]^aaQ+>  
    Direction: Negative Direction ar 7.O;e  
    Label: InputPlane1 \(=xc2  
    2D Transverse: of7p~{3H  
    Center Position: 4.5 uVhzJu.  
    Half width: 5.0 |"KdW#.x  
    Titlitng Angle: 45 YM NLn9  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 FIAmAZH}_  
    图2.波导结构(未设置周期)
     u+z  
    ^*UtF9~%n  
    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。 o(> #}[N}  
    将Linear2代码段修改如下: wpC .!T  
    Dim Linear2 !B#lZjW#  
    for m=1 to 8 J4 j:nd  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) eHGx00:  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 F4"bMN  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" qf ]le]J  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" @p/"]zf  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 9An \uH)mL  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Uc ,..  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" FqGMHM\J  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ~#VDJ[Z  
    B<Cg_C  
    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。 Y`$\o  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    #u+qV!4  
    nFI<Te^)  
    设置仿真参数 v@2@9/  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 s S3RK  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: = \oW {?  
    TE simulation   < /5  
    Mesh Delta X: 0.015 9M1DE  
    Mesh Delta Z: 0.015 c68y\  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps (d,O Lng  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Q3$DX, 8?  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 [h&s<<# D  
            其它参数保持默认 (Rq6m`M2  
    运行仿真 cUd>ah v  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 2u5\tp?8  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 pV\> ?  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 .V}bfd[k$  
    S9nn^vsK  
    远场分析衍射 1=9GV+`n  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” CK|AXz+EN  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 3m-g-  
    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 #)48dW!n  
    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) O}2/w2n  
    图4.远场计算对话框
    +R;LHRS%  
    $T66%wX  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: gcO$T`  
    Wavelength: 0.63 Slv:CM M  
    Refractive index: 1.5+0i -k2|`t _  
    Angle Initial: -90.0 m#O; 1/P  
    Angle Final: 90.0 (n2_HePE  
    Number of Steps: 721 %BMlc m7Ec  
    Distance: 100, 000*wavelength ]BRwJ2< x  
    Intensity luac  
    7Lj:m.0O^  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 p0l.f`B  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 >\J<`  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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