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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: XGO_n{ x  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 .IYE"0)wJ  
    •光栅布局模拟和后处理分析 g!K(xh EO  
    布局layout icnp^2P  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 a"ht\v}1  
    图1.二维光栅布局
    \.*aC)  
    M<)HJ lr  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 $I tehy  
    :Tjo+vw7$H  
    步骤: ikofJl]9  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ,Z52d ggD  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 -ff*,b$Q/  
    Wafer Dimensions: ^c-1w V` /  
    Length (mm): 8.5 Y=Bk;%yT=  
    Width (mm): 3.0 X#p E!mT  
    0_%u(?  
    2D wafer properties: 3|@Ske1%Y  
    Wafer refractive index: Air /r]IY.  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ^Ji5)c  
    %+`$Lb?{  
    在“Materials”中加入以下材料 &| ',o ?'F  
    Name: N=1.5 #5'9T:8  
    Refractive index (Re:): 1.5 P+o ZS  
    3g} ]nj:N  
    Name: N=3.14 CM~)\prks  
    Refractive index (Re:): 3.14 OHH wcJ7N  
    )TV'eq  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: d7l0;yR&+  
    Name: ChannelPro_n=3.14 x==%BBnO%  
    2D profile definition, Material: n=3.14 nKV1F0-  
    F7L+bv   
    Name: ChannelPro_n=1.5 WzZb-F  
    2D profile definition, Material: n=1.5 D[9eu>"'9M  
    U?H!:?,C  
    6.画出以下波导结构: S^~GI$  
    a. Linear waveguide 1 IEO5QV:u:  
    Label: linear1 =cg0o_q8  
    Start Horizontal offset: 0.0 72Ft?;R  
    Start vertical offset: -0.75 ^TnBtIU-B  
    End Horizontal offset: 8.5 DmPp&  
    End vertical offset: -0.75 \J:/l|h  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Lymy/9  
    Width: 1.5 rr2|xL?+u  
    Depth: 0.0 HP&+ 8  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 {bl^O  
    $\{@wL  
    b. Linear waveguide 2 a B%DIH,  
    Label: linear2 aQw?r  
    Start Horizontal offset: 0.5 NtSa# $A  
    Start vertical offset: 0.05 >8HcCG  
    End Horizontal offset: 1.0 hesL$Z [  
    End vertical offset: 0.05 fnwtD *``  
    Channel Thickness Tapering: Use Default pT.iQ J|  
    Width: 0.1 .J'}qkz~  
    Depth: 0.0  [v#t  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 |%we@ E  
    oJ>]=^?k  
    7.加入水平平面波: 9>\s81^  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: B&`#`]  
    Input field Transverse: Rectangular EO3?Dev  
    X Position: 0.5 )"wWV{k  
    Direction: Negative Direction ErHbc 2  
    Label: InputPlane1 jBarYg  
    2D Transverse: eDgRYa9\  
    Center Position: 4.5 HTvA]-AuM  
    Half width: 5.0 &8z`]mB{t  
    Titlitng Angle: 45 t|%wVj?_  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 gI<TfcC  
    图2.波导结构(未设置周期)
    $9j\sZj&  
    OT&J OTk\  
    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。 V8 }yK$4b  
    将Linear2代码段修改如下: |fOQm  
    Dim Linear2 iE!\)7y  
    for m=1 to 8 v:nm#P%P  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) uL\ B[<:  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 w?Cqe N  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 7q^o sOj"  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" :q<8:,rP  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" >PGW>W$  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" F /IXqj  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" HSE9-c =  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True :]v%6i.  
    C%9;~S  
    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。 D ]:sR  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    -O:+?gG  
    # 4L[8(+V  
    设置仿真参数 )xy1 DA  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 kG^DHEne  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: D4$;jz,,  
    TE simulation ! av B&Z  
    Mesh Delta X: 0.015 !-_0I:m  
    Mesh Delta Z: 0.015 [kM)K'-  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps NiQ`,Q$B  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 LJt#c+]Li  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 \!Cix}}1  
            其它参数保持默认 NTkGLD1e.  
    运行仿真 ]Nz~4ebB  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 M,7A|?O  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 J=JYf_=4bc  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 zxTcjC)y  
    BqC!78Y/e  
    远场分析衍射 Y?a*-"  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ,]+P#eXgE  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ~ODm?k  
    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 *NHBwXg+  
    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) $!)Sgb  
    图4.远场计算对话框
    L0H;y6&  
    =UE/GTbl  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ACxOC2\n  
    Wavelength: 0.63 ^V#9{)B  
    Refractive index: 1.5+0i .&:y+Oww~  
    Angle Initial: -90.0 =ZR9zL=h  
    Angle Final: 90.0 #  -e  
    Number of Steps: 721 ;[V_w/-u  
    Distance: 100, 000*wavelength j6]+ fo&3  
    Intensity (Z;;v|F.i=  
    Cp` [0v~0  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ,5$V;|  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 =NMT H[  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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