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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: axTvA(k9  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 LL~bq(b  
    •光栅布局模拟和后处理分析 uvo2W!  
    布局layout !6t ()]  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ,0^:q)_  
    图1.二维光栅布局
    wv 7j ES  
    D`;Q?f C  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ^cYm.EHI  
    HvWnPh1l  
    步骤: EJ*  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 .Dw^'p>  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ZJotg *I  
    Wafer Dimensions: :les 3T}2  
    Length (mm): 8.5 P:z5/??2S  
    Width (mm): 3.0 \Rc7$bS2H  
    c k=  
    2D wafer properties: kaxAIk8l  
    Wafer refractive index: Air tHhA _  
    3 点击 Profiles 与 Materials. $u"t/_%  
    l<7)uO^8  
    在“Materials”中加入以下材料 L#'B-G4&y  
    Name: N=1.5 @u./VK  
    Refractive index (Re:): 1.5 `P&L. m]|  
    P)?)H]J"  
    Name: N=3.14 gA e*kf1  
    Refractive index (Re:): 3.14 ;>o}/h  
    DkP%1Crdr  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Hu .e@7  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ,:!X]F#d$  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ?)9mHo^  
    J4 yT|  
    Name: ChannelPro_n=1.5 zWxKp;.  
    2D profile definition, Material: n=1.5 1uTbN  
    ?XVJ$nzW  
    6.画出以下波导结构: ;Ry )^5Q  
    a. Linear waveguide 1 ~ #Gu:  
    Label: linear1 :^mfTj$  
    Start Horizontal offset: 0.0 *)c,~R^  
    Start vertical offset: -0.75 A &i  
    End Horizontal offset: 8.5 * %p6+D-C  
    End vertical offset: -0.75 !=(~e':Gv  
    Channel Thickness Tapering: Use Default |okS7.|IX  
    Width: 1.5 pIh%5Z U  
    Depth: 0.0 j|f$:j  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 v4}kmH1  
    3IqYpK(s  
    b. Linear waveguide 2 > m GO08X  
    Label: linear2 6a G/=fq  
    Start Horizontal offset: 0.5 pPcn F`A  
    Start vertical offset: 0.05 ms'!E)  
    End Horizontal offset: 1.0 PgZ~of&  
    End vertical offset: 0.05 Y?Yix   
    Channel Thickness Tapering: Use Default kI974:e42  
    Width: 0.1 6g@@V=mf  
    Depth: 0.0 ,4 ftQJ  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 |[x) %5F  
    QKYGeT7&Y'  
    7.加入水平平面波: NQ$tQ#chd  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: XfF Z;ul  
    Input field Transverse: Rectangular P%5h!Z2m  
    X Position: 0.5 6Cut[*lj^  
    Direction: Negative Direction @>'.F<:P<  
    Label: InputPlane1 M>df7.N7%P  
    2D Transverse: &UG7 g  
    Center Position: 4.5 rm*Jo|eH`  
    Half width: 5.0 6N >ksqo8%  
    Titlitng Angle: 45 \[&~.B  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 |y@TI  
    图2.波导结构(未设置周期)
    -`6O(he  
    iulM8"P  
    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。 /+ G&N{)k  
    将Linear2代码段修改如下: 9viQ<}K<  
    Dim Linear2 #;'1aT  
    for m=1 to 8 DoA4#+RU  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 5H#3PZaQ  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ANh5-8y  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" =V:rO;qX+@  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ,R$n I*mf_  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" o >{+vwK  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" uQ#3;sFO  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 1c S{3  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True k3se<NL[  
    zH8l-0I+$  
    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。 9="i'nYp  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    { hUbK+dKZ  
    "V:B-q  
    设置仿真参数 ]* -9zo0  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ulsr)Ik  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: GE=#8-@g~p  
    TE simulation Owalt4}C  
    Mesh Delta X: 0.015 W&y%fd\&3  
    Mesh Delta Z: 0.015 @AL,@P/9=  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps VF=$'Bl|  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 %(b`i C9  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 <'QH e4  
            其它参数保持默认 SE{$a3`UzP  
    运行仿真 e-f_ #!bW  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 NMY~f (x  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 7,ODh-?ez  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 EKf"e*|(L  
    b #|M-DmT  
    远场分析衍射 E,5jY  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” JI5?, )-St  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 oQ@X}6B%S  
    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 !<}<HR^ )  
    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) $Y][-8{t  
    图4.远场计算对话框
    rixNz@p'%  
    <pRb#G"  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Q~]#x![u0  
    Wavelength: 0.63 J=W"FEXTL7  
    Refractive index: 1.5+0i LOi5 ^Um|  
    Angle Initial: -90.0 5SFeJBS  
    Angle Final: 90.0 [-_u{j  
    Number of Steps: 721 yWu80C8 q  
    Distance: 100, 000*wavelength ?G+v#?A  
    Intensity Z2`(UbG}  
    _QfA'32S  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 dNG>:p  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 #)_4$<P*'  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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