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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: 8ctUK|  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 =kUN ^hb  
    •光栅布局模拟和后处理分析 YoKY&i6r}  
    布局layout i!30f^9D-S  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 }Z ws e%;  
    图1.二维光栅布局
    mzz77i  
    AoEG%nT  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 \*s'S*~  
    <[2]p\rj  
    步骤: EwcN$Ma  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 yD+)!q"  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 f#a ~av9rC  
    Wafer Dimensions: dD3I.?DY  
    Length (mm): 8.5 XTD _q  
    Width (mm): 3.0 3 n/U4fn_  
    XU Hu=2F  
    2D wafer properties: D84`#Xbi  
    Wafer refractive index: Air 88 *K  
    3 点击 Profiles 与 Materials. N&!qu r \  
    YB h :  
    在“Materials”中加入以下材料 }MDuQP]  
    Name: N=1.5 n)w@\ Uy c  
    Refractive index (Re:): 1.5 h*f=  
    /s>ZT8vaAs  
    Name: N=3.14 qTnfiYG}  
    Refractive index (Re:): 3.14 zlmb_akJ  
    'Lft\.C  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: AfG!(AF`  
    Name: ChannelPro_n=3.14 |*0oz=  
    2D profile definition, Material: n=3.14 `Njv#K} U  
    1o7 pMp=  
    Name: ChannelPro_n=1.5 AAkdwo  
    2D profile definition, Material: n=1.5 zm}4=Kz}  
    %Ysu613mz  
    6.画出以下波导结构: 2P8JLT*Tj  
    a. Linear waveguide 1 $Xw .iN]g  
    Label: linear1 <D4.kM  
    Start Horizontal offset: 0.0 ik77i?Hg  
    Start vertical offset: -0.75 SeBbI&Ju  
    End Horizontal offset: 8.5 `Y-uNJ'.N  
    End vertical offset: -0.75 l tr =_  
    Channel Thickness Tapering: Use Default YBN. waL  
    Width: 1.5 3_2(L"S2  
    Depth: 0.0 ,8g~,tMr+  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 y@J]busU  
    _cx}e!BK#  
    b. Linear waveguide 2 Xi_>hL+R(  
    Label: linear2 W{l+_a{/9  
    Start Horizontal offset: 0.5 ;8;nY6Ie  
    Start vertical offset: 0.05 TSmuNCR  
    End Horizontal offset: 1.0 uAR!JJ  
    End vertical offset: 0.05 n *%<!\gJ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 6TxZ^&=  
    Width: 0.1 Qw.""MLmN8  
    Depth: 0.0 ?'p`Qv  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Dg/&m*Yl  
    .e5GJAW~9  
    7.加入水平平面波: X~Uvh8O  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: OB8fFd  
    Input field Transverse: Rectangular |Sy |E  
    X Position: 0.5 ?@l9T)fF  
    Direction: Negative Direction  "/6(  
    Label: InputPlane1 :k075Zr/#D  
    2D Transverse: U?d1  
    Center Position: 4.5 Ob?>zsx  
    Half width: 5.0 T5&jpP`M  
    Titlitng Angle: 45 T{bM/?g  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ]v@#3,BV  
    图2.波导结构(未设置周期)
    /yyed{q  
    _wKFT>  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 R>Fie5?  
    将Linear2代码段修改如下: 3Ec5:Caz  
    Dim Linear2 XRKL;|cd  
    for m=1 to 8 fQlR;4QX]  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) (1fE^KF@f  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 w"bQxS~$y  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" g/W<;o<v(I  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" n[CESo%[  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" DIH.c7o  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Gk*Mx6|N  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" D|,d_W  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ($' rV!}  
    9M:wUYHT  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 eP|:b &  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    b4!(~"b.  
    f GE+DjeA  
    设置仿真参数 EYd`qk 3  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ^6mlE+WY  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: aG8}R~wH&  
    TE simulation @$gvV]dA  
    Mesh Delta X: 0.015 (ta!4h,  
    Mesh Delta Z: 0.015 rv1kIc5Za<  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps "wmQ,=  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Z_D8}$!  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 b-U LoV  
            其它参数保持默认 o8BbSZVu  
    运行仿真 !v<r=u  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Zaf].R  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 @a)@1:=Rm  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 uI@:\Rss  
    m'XzZmI  
    远场分析衍射 7m{ 'V`F  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” nM34zVy  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Z$kff-Y4  
    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 kdman nM  
    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) 9 bYoWw  
    图4.远场计算对话框
    j?29_Az  
    r5Jy( ~  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 4~hd{8  
    Wavelength: 0.63 k/=J<?h0  
    Refractive index: 1.5+0i (]^9>3{|  
    Angle Initial: -90.0 E< "aUnI  
    Angle Final: 90.0 YTpSR~!Rj  
    Number of Steps: 721 \eH~1@\S  
    Distance: 100, 000*wavelength +'2Mj|d@p  
    Intensity DbP!wU lqR  
    HvN!_}[  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 Bjq1za  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 63QMv[`,  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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