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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: X&|y|  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 +{ {'3=x9  
    •光栅布局模拟和后处理分析 IdL~0;W7  
    布局layout "]1|%j  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 UE%~SVi.#  
    图1.二维光栅布局
    XZ1<sm8t."  
    L]Dl}z  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 :|E-Dx4F6H  
    w!/se;_H+w  
    步骤: ;{Su:Ixg  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 =%G<S'2'  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 Kx5VR4f`J@  
    Wafer Dimensions: sRf?JyB  
    Length (mm): 8.5 DM)%=C6<  
    Width (mm): 3.0 HCVMqG!  
    FaE,rzn)iD  
    2D wafer properties: VT`C<'   
    Wafer refractive index: Air j= Ebk;6p  
    3 点击 Profiles 与 Materials. *u`[2xmuYf  
    w%Tjn^d  
    在“Materials”中加入以下材料 uS,XQy2  
    Name: N=1.5 f<aJiVP  
    Refractive index (Re:): 1.5 SLMnEtyTS  
    ~xaPq=AH  
    Name: N=3.14 gls %<A{C  
    Refractive index (Re:): 3.14 CHX- 4-84{  
    2W 9N-t2 1  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 9Jhc5G  
    Name: ChannelPro_n=3.14 A ^wIsAxT  
    2D profile definition, Material: n=3.14 \gjY h2>  
    gu~F(Fb'  
    Name: ChannelPro_n=1.5 \ZPmPu9^(  
    2D profile definition, Material: n=1.5 mUW4d3tE  
    MTxe5ob`$Q  
    6.画出以下波导结构: [ym ynr3M  
    a. Linear waveguide 1 Xitsb f=Gg  
    Label: linear1 LU=`K4  
    Start Horizontal offset: 0.0 >SR! *3$5  
    Start vertical offset: -0.75 OLS.0UEc  
    End Horizontal offset: 8.5 p%+uv\Ix  
    End vertical offset: -0.75 hs5aIJ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Fs,#d%4@%  
    Width: 1.5 L)`SNN\ipR  
    Depth: 0.0 j~@Hj$APa`  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 sAG#M\A6  
    A=S_5y  
    b. Linear waveguide 2 r(#]Z   
    Label: linear2 2MapB*  
    Start Horizontal offset: 0.5 Ur/+nL{  
    Start vertical offset: 0.05 "`jey)&H*M  
    End Horizontal offset: 1.0 C;C= g1I}  
    End vertical offset: 0.05 Pq@%MF]5  
    Channel Thickness Tapering: Use Default a2MFZe  
    Width: 0.1 vl{G;[6  
    Depth: 0.0 [Pnk@jIk4  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 5#|f:M]Bo|  
    6/Pw'4H9$  
    7.加入水平平面波: X?'v FC  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: i^2yq&uT(  
    Input field Transverse: Rectangular ,o3{?o]s  
    X Position: 0.5 E mUA38  
    Direction: Negative Direction F"k.1.  
    Label: InputPlane1 X \1grM  
    2D Transverse: 9HjtWQn  
    Center Position: 4.5 d1"%sI  
    Half width: 5.0 _h=kjc}[.O  
    Titlitng Angle: 45 _qZ?|;o^  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 U=<d;2N#  
    图2.波导结构(未设置周期)
    /Lf+*u>"  
    a2{ nrGD  
    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。 `pHlGbrW  
    将Linear2代码段修改如下: mkR1iY  
    Dim Linear2 ? x*Ve2+]  
    for m=1 to 8 A1mxM5N  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) B_^ ~5_0:  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 [%8t~zg  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 'g4t !__  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" !zd]6YL$  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" @dy<=bh~  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Y55Yo5<j/+  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" tAPr4n!  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ]/o0p  
    XzX-Q'i=n0  
    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。 !L+4YA  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    YPjjSi:#  
    b"au9:F4@7  
    设置仿真参数 [>B`"nyNQ  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Q\P?[i]  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 7rc6  
    TE simulation /~,|zz  
    Mesh Delta X: 0.015 :GXD-6}^|  
    Mesh Delta Z: 0.015 SMMV$;O{9  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps D!K){ E  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 $_j\b4]%  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Ya#,\;dTT  
            其它参数保持默认 $\W|{u`  
    运行仿真 _TB,2 R  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 FC'v= *  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 /[[_}\xI%  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 l3d^V&Sk  
    e|`QW|9 .  
    远场分析衍射 =@98Gl9!  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” b(hnouS  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 VtNY~  
    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 bNUb  
    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) $6W o$c%  
    图4.远场计算对话框
    cULASS`,  
    >L\>Th{o  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: QB<9Be@e  
    Wavelength: 0.63 X[Lwx.Ly8  
    Refractive index: 1.5+0i hAPWEh^  
    Angle Initial: -90.0 nqG9$!k^t  
    Angle Final: 90.0 )2@_V %  
    Number of Steps: 721 D1&%N{  
    Distance: 100, 000*wavelength 8hx4s(1!  
    Intensity 6$1dd#  
    &WSxg&YG)\  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 1_D|;/aI  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 @a AR99M  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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