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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: lp?geav  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 F1?@tcr'  
    •光栅布局模拟和后处理分析 kaUH#;c>_  
    布局layout xYRL4  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 }?>30+42:  
    图1.二维光栅布局
    /NLpk7r[\q  
    9VkuYm,3  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ,Mc}U9)F  
    eUqsvF}l!  
    步骤: z;'"c3qG8  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 qX:54$t  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 Oa7`Y`6  
    Wafer Dimensions: k$o6~u 2&  
    Length (mm): 8.5 p=9G)VO  
    Width (mm): 3.0 Old5E&  
    R^dAwt`.D  
    2D wafer properties: GS$OrUA  
    Wafer refractive index: Air `-Gs*#(/  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ^l_W9s  
    yYWGM  
    在“Materials”中加入以下材料 0_qqBL.4  
    Name: N=1.5 $9*Xfb/  
    Refractive index (Re:): 1.5 sKjg)3Sl  
    MsX`TOyO!  
    Name: N=3.14 ]=q?= %H  
    Refractive index (Re:): 3.14  *;+lF  
    RIl%p~  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: CbS9fc&  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ,/:#=TuYm  
    2D profile definition, Material: n=3.14 s qac>v  
    r6 ,5&`&  
    Name: ChannelPro_n=1.5 E[2c`XFd8  
    2D profile definition, Material: n=1.5 u;~/B[  
    t 7;V`[  
    6.画出以下波导结构: 2}I1z_dq~  
    a. Linear waveguide 1 $>5|TG 0i  
    Label: linear1 E+>Qpy  
    Start Horizontal offset: 0.0 $+S'Boo   
    Start vertical offset: -0.75 u Dm=W36  
    End Horizontal offset: 8.5 Thw E1M  
    End vertical offset: -0.75 C#>c(-p>RC  
    Channel Thickness Tapering: Use Default |nz,srr~  
    Width: 1.5 0l^-[jK)  
    Depth: 0.0 -`iZBC50  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 (Pc:A! }  
    "-A@>*g  
    b. Linear waveguide 2 uQ9P6w=Nt  
    Label: linear2 cl1h;w9s  
    Start Horizontal offset: 0.5 v~ZdMQvwt  
    Start vertical offset: 0.05 s+C&\$E  
    End Horizontal offset: 1.0 %{&yXi:mS  
    End vertical offset: 0.05 8_8 R$ =V  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ~naL1o_FZ  
    Width: 0.1 ?o),F^ir  
    Depth: 0.0 bb+-R_3Kd  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 y&-j NOKLM  
    #s)6u?N  
    7.加入水平平面波: /u*((AJ?Qv  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ^0ipM/Lg  
    Input field Transverse: Rectangular vkASp&a  
    X Position: 0.5 f77Jn^Dt  
    Direction: Negative Direction B Lw ssr.  
    Label: InputPlane1 :)cPc7$8  
    2D Transverse: D$I7 Gz,w{  
    Center Position: 4.5 m+"?;;s  
    Half width: 5.0 d*3k]Ie%5f  
    Titlitng Angle: 45 u z4P  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 #l+U(zH:JG  
    图2.波导结构(未设置周期)
    yWsN G;>  
    ^6Hfq^ejt  
    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。 bh3}[O,L A  
    将Linear2代码段修改如下: e%U0^! 8  
    Dim Linear2 ;l7wme8Qk  
    for m=1 to 8 j0Kj>  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) lBgf' b3$  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 GFYAg  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 75jq+O_:  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" /al(=zf  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" SLD%8:Zn  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" i~MCY.F  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"  #dtYa  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True O0i_h<T  
    SZzS$6 t  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 a:XVu0`(  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
     .]k+hc`  
    B ;9^  
    设置仿真参数 '0p 5|[ZD  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 YRfs8I^rg  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: /![S 3Ol  
    TE simulation -shS?kV  
    Mesh Delta X: 0.015 Wr a W  
    Mesh Delta Z: 0.015 cWA9n}Z  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps T\{ on[O  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Tu?+pz`h  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 8 T):b2h  
            其它参数保持默认 Yo/U/dB  
    运行仿真 4h@jJm  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 <IC=x(T  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 \j+O |#`|)  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 lQ<2Vw#Yl  
    cuO(*%Is1  
    远场分析衍射 ^&03D5@LoY  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” N/p9Ws  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Vl%AN;o  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 m$ )yd~  
    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) d(3F:dbk  
    图4.远场计算对话框
    r`qMif'  
    =!w5%|r.  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 3{ LXx  
    Wavelength: 0.63 @{iws@.  
    Refractive index: 1.5+0i zH0%; o}  
    Angle Initial: -90.0 ug'I:#@2  
    Angle Final: 90.0 <Bn^+u\  
    Number of Steps: 721 "o 2p|2c  
    Distance: 100, 000*wavelength /`Yy(?,  
    Intensity 9c1g,:8\  
    0&mo1 k_U  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 y>Zvose  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 I= G%r/3  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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