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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: )IJQeC  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ?h1H.s2X  
    •光栅布局模拟和后处理分析 <G*nDFWf  
    布局layout K+6e?5t  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 lqb/eN9(t  
    图1.二维光栅布局
    !`7B^RZ  
    CXCpqcC  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 TFcT3]R[rL  
    4npqJ1  
    步骤: EJ`T$JD  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 h`MF#617  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 m%PC8bf`S  
    Wafer Dimensions: Xj*vh m%i  
    Length (mm): 8.5 fJWC)E  
    Width (mm): 3.0 wRrnniqf8  
    7L^%x3-|&  
    2D wafer properties: W}|'#nR  
    Wafer refractive index: Air PH{_ ,X  
    3 点击 Profiles 与 Materials. z ;u  
    ,[A'tUl _  
    在“Materials”中加入以下材料 (os$B  
    Name: N=1.5 46k?b|Q  
    Refractive index (Re:): 1.5 d9n?v)<v  
    >*wtbkU  
    Name: N=3.14 F"N60>>  
    Refractive index (Re:): 3.14 sZLT<6_B  
    NuU9~gSQ  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: boo }u  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Sc7U |s  
    2D profile definition, Material: n=3.14 sFBneBub  
    c=AOkX3UD  
    Name: ChannelPro_n=1.5 mYU9 trHV  
    2D profile definition, Material: n=1.5 A0%}v*  
    &)oOeRwi].  
    6.画出以下波导结构: BW,mwq  
    a. Linear waveguide 1 4R5D88= C  
    Label: linear1 &5 L<i3BX  
    Start Horizontal offset: 0.0 ^`<w&I@  
    Start vertical offset: -0.75 2[gFkyqe  
    End Horizontal offset: 8.5 "HYQqNj?Z  
    End vertical offset: -0.75 smm]6  
    Channel Thickness Tapering: Use Default _f6HAGDN  
    Width: 1.5 b$eXFi/  
    Depth: 0.0 )Af~B'OUd  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 N 75:5  
    mR;qMX)0h  
    b. Linear waveguide 2 Ssk}e=]  
    Label: linear2 R=T qj,6  
    Start Horizontal offset: 0.5 >><.3  
    Start vertical offset: 0.05 '<0J@^vZ  
    End Horizontal offset: 1.0 9h0X&1u  
    End vertical offset: 0.05 DI;DECQl$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ,j5&6X=1M  
    Width: 0.1 kg`.[{k  
    Depth: 0.0 ^V|Oxp'7_  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 %0Y=WYUH>  
    D3c2^r $Z  
    7.加入水平平面波: "6a8s;  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: vLxQ *50v$  
    Input field Transverse: Rectangular \cLSf=  
    X Position: 0.5 $3,ryXp7  
    Direction: Negative Direction Va$Pi19 O  
    Label: InputPlane1 QORN9SY  
    2D Transverse: *G UAO){'  
    Center Position: 4.5 ^;c16  
    Half width: 5.0 n8hRaNHl2  
    Titlitng Angle: 45 VtOZ%h[#  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 'q * Bdx  
    图2.波导结构(未设置周期)
    <|?K%FP7Z  
    IHp_A  
    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。  KQ[!o!%  
    将Linear2代码段修改如下: ql<rU@  
    Dim Linear2 ~r{5`;c  
    for m=1 to 8 l6kmS  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) [Ei1~n)o  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 VB<Jf'NU  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" "G:<7oTa  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" V]S1X^  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 1T)Zh+?)}  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" VzJ5.mRQ  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Il`tNr  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True nv<` K9d  
    v_<2H' *Q  
    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。 >]=j'+]  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ,p;_\\<  
    $0^P0RAH  
    设置仿真参数 @u._"/K  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 D=TL>T.b f  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 8^B;1`#  
    TE simulation MCh#="L2  
    Mesh Delta X: 0.015 .qob_dRA  
    Mesh Delta Z: 0.015 h3gWOU  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps vKoP|z=m  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 #'4OYY.  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 vB! |\eJ  
            其它参数保持默认 hO[3Z ^X  
    运行仿真 T#Z%y!6  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 YK{a  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 xLZd!>C  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 q8ImrC.'^  
    @ d"wAZzD?  
    远场分析衍射 ]S 7^ITn  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” wve=.n  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 o/o:2p.  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 H6aM&r9}  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) n-QJ;37\  
    图4.远场计算对话框
    8[ry |J  
    D@X+{  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: -RJE6~>'\  
    Wavelength: 0.63 m=qOg>k  
    Refractive index: 1.5+0i 7-_vY[)/  
    Angle Initial: -90.0 vw<K}z  
    Angle Final: 90.0 2q} ..  
    Number of Steps: 721 mDFlz1J,e  
    Distance: 100, 000*wavelength 8&V_$+U  
    Intensity H(Ms^8Vs~:  
    t5 a7DD  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 SK$Vk[c]  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 -v?hqWMp#  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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