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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: t%8d-+$  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 aM;W$1h  
    •光栅布局模拟和后处理分析 71l%MH  
    布局layout M8u<qj&<O  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 Tyck/ EO  
    图1.二维光栅布局
    p'om-  
    aFLO{tr`  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 H$6`{lx,  
    =Qn ;_+Ct  
    步骤: vY_-Ranj#.  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 >]c*'~G&  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 /soKucN"h  
    Wafer Dimensions: 2@ Z(P.Gh  
    Length (mm): 8.5 'PP#^aI,  
    Width (mm): 3.0 e#k<d-sf6  
    x|vqNZ\F  
    2D wafer properties: |n] d34E  
    Wafer refractive index: Air ()H:UvM=t  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ZIF49`Y4TF  
    3*@5S]]  
    在“Materials”中加入以下材料 Y3=_ec3w  
    Name: N=1.5 LlSZr)X  
    Refractive index (Re:): 1.5 OD_W8!-  
    }C|dyyr  
    Name: N=3.14 9`9R!=NM  
    Refractive index (Re:): 3.14 fYW6b[lI  
    -! K-Htb-  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: [VWUqlNt>  
    Name: ChannelPro_n=3.14 kTvd+TP4  
    2D profile definition, Material: n=3.14 LupkrxV  
    RH|XxH*  
    Name: ChannelPro_n=1.5 R,Vd.-5M  
    2D profile definition, Material: n=1.5 =ha{Ziryo  
    <Z/x,-^*<  
    6.画出以下波导结构: u#@Q:tnN_  
    a. Linear waveguide 1 Tq~=TSD  
    Label: linear1 zi3\63D3eO  
    Start Horizontal offset: 0.0 Ct%x&m:  
    Start vertical offset: -0.75 O &-wxJ]S  
    End Horizontal offset: 8.5 B9J&=6`)  
    End vertical offset: -0.75 T|6a("RL  
    Channel Thickness Tapering: Use Default %?Ev|:i`@  
    Width: 1.5 H_QsNf  
    Depth: 0.0 U,.![TP  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 Q0ON9gqqv  
    X<*U.=r)  
    b. Linear waveguide 2 9U%N@Dq`Z  
    Label: linear2 &EnuE0BD  
    Start Horizontal offset: 0.5 (!zy{;g|  
    Start vertical offset: 0.05 |*0<M(YXN  
    End Horizontal offset: 1.0 {qa Aq%'  
    End vertical offset: 0.05 y?q*WUh  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 0/oyf]HR  
    Width: 0.1 bv*,#Qm  
    Depth: 0.0 yiA<,!;4P  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 @Rw!'T  
    ,YMp<C  
    7.加入水平平面波: eh5gjSqx  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: lgtC|k M=  
    Input field Transverse: Rectangular s]JF0584  
    X Position: 0.5 qC?:*CXH  
    Direction: Negative Direction ~7Tc$ "I  
    Label: InputPlane1 c?,i3s+2Y  
    2D Transverse: QhK#Y{xY  
    Center Position: 4.5 >#y^;/bb  
    Half width: 5.0 5EfS^MRf\n  
    Titlitng Angle: 45 KFwzy U"  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 {7/0< N G  
    图2.波导结构(未设置周期)
    AD<q%pu&H?  
    mFZ?hOyP.  
    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。 k'5?M  
    将Linear2代码段修改如下: v3jg~"!  
    Dim Linear2 \<)9?M :  
    for m=1 to 8 PuZf/um  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ut I"\1hQ  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 y7i*s^ys{  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Os1>kwC  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" BFOq8}fX2  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" !f+H,]D"  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" G JqJlgHe  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" jWE :ek*  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True }dd8N5b  
    ZXuv CI  
    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*1,!%]  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    TBT:/Vfun  
    9 o&`5  
    设置仿真参数 9c6gkt9eB  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 2mGaD\?K  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: AQiwugs  
    TE simulation UaB @  
    Mesh Delta X: 0.015 p ObX42  
    Mesh Delta Z: 0.015 O6G0  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps -xA2pYz"  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 |VNnOM  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 07^iP>?  
            其它参数保持默认 ssN6M./6  
    运行仿真 E`uY1B[c  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 hK,Sf ;5V  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 _c_[ C*T]  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 pxh"B\"4*  
    Ls] g  
    远场分析衍射 FK5 <6n,U  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” AGYc |;  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 &H`jL4S  
    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 De(Hw& IV  
    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) aN8|J?JH  
    图4.远场计算对话框
    N<-gI9_  
    TmV,&['mg  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: hj.a&%  
    Wavelength: 0.63 8;+B*+%@n  
    Refractive index: 1.5+0i j4uvS!  
    Angle Initial: -90.0 ?}U(3  
    Angle Final: 90.0 %*0^0wz  
    Number of Steps: 721 h* u  
    Distance: 100, 000*wavelength m~-K[+ya`D  
    Intensity 2 Cv4=S  
    &-B^~M*??  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 u*ObwcI/Bn  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 K#=*9S  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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