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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: IHB{US1G  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 (# ?~^ut  
    •光栅布局模拟和后处理分析 2QBq  
    布局layout 'X[3y^q  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 E%40u.0  
    图1.二维光栅布局
    +  1v@L  
    6lZhV[~Z/  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 o#6j+fo!n  
    .m+KXlP  
    步骤: `FmI?:Cv  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 T4Zp5m")  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ? 8'4~1g`}  
    Wafer Dimensions: vB#3jI  
    Length (mm): 8.5 K_}vmB\2l  
    Width (mm): 3.0 rZzto;NDS  
    ~j8x"  
    2D wafer properties: _#-(XQa  
    Wafer refractive index: Air VT-&"Jn  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 0iHK1Pt}  
    ;AHa|35\  
    在“Materials”中加入以下材料 o[8Y%3  
    Name: N=1.5 Kk#8r+ ,  
    Refractive index (Re:): 1.5 B:SzCC.B  
    o&X!75^G>  
    Name: N=3.14 *S<>_R 8  
    Refractive index (Re:): 3.14 [kn`~hI  
    C96|T>bk  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: -6DfM,  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Z*kg= hs^  
    2D profile definition, Material: n=3.14 JQ0KXS Nr  
    f? ko%c_p  
    Name: ChannelPro_n=1.5 M22 ^.,Z  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Ag}>gbz~G  
    2MJ0[9  
    6.画出以下波导结构: zvD$N-#`p  
    a. Linear waveguide 1 K);:+s-  
    Label: linear1 oIf -s[uH  
    Start Horizontal offset: 0.0 _H%ylAt1j  
    Start vertical offset: -0.75 {?#g*QF|^  
    End Horizontal offset: 8.5 unP7("A0D  
    End vertical offset: -0.75 x?f3XEA_  
    Channel Thickness Tapering: Use Default +EkZyM~z2  
    Width: 1.5 } CQ GvH  
    Depth: 0.0 ~|fd=E%  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 2uU~$7~N  
    8l)^#"ySA  
    b. Linear waveguide 2 'w!Hjq]$  
    Label: linear2 +tlTHK  
    Start Horizontal offset: 0.5 f{ENSUtCrR  
    Start vertical offset: 0.05 J]Uki*s  
    End Horizontal offset: 1.0 uVIs5IZzIi  
    End vertical offset: 0.05 =|am=Q?Q  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ']4sx_)S  
    Width: 0.1 gK`6 NUj  
    Depth: 0.0 X}g!Lp  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ~Kt.%K5lgt  
    ;|}6\=(  
    7.加入水平平面波: x|E$ f+  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: .Ml}cE$L  
    Input field Transverse: Rectangular He&dVP  
    X Position: 0.5 |A}E/=HPU  
    Direction: Negative Direction "y>l2V,4j%  
    Label: InputPlane1 oIX]9~  
    2D Transverse: }1Q]C"hY  
    Center Position: 4.5  +loD{  
    Half width: 5.0 Q%q_  
    Titlitng Angle: 45 yO$]9  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ~#@sZ0/<  
    图2.波导结构(未设置周期)
    0xZq?9a  
    8?P@<Do%  
    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。 xZbm,. v  
    将Linear2代码段修改如下: ZZ?=^g  
    Dim Linear2 b pExYyt  
    for m=1 to 8 ;o"}7'4*R%  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ^!N_Nx/M  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 D.U)R7(  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" R\1#)3e0  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 9LzQp`In  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" EKq9m=Ua@o  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"  `q%Z/!}  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"  fW|1AUD,  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True (fb&5=Wzw  
    4AzS~5S  
    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。 g:O~1jq  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    9`QWqu[  
    zeNvg/LI^  
    设置仿真参数 Y0aO/6  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 gx@b|rj;  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: W1U r~x`  
    TE simulation ^|-xmUC  
    Mesh Delta X: 0.015 .B_) w:oF  
    Mesh Delta Z: 0.015 Tld %NE  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ;40!2P8t  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 RY&Wvkjh  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ~z%K9YcyU  
            其它参数保持默认 7*~ rhQ  
    运行仿真 ?VO*s-G:J  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 wp$C J09f*  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 *ZF7m_8u{  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 *5.s@L( VU  
    M($dh9A_  
    远场分析衍射 ,8cw jS2E  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 2*F["E  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 j*rra  
    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 Tg)Fr)  
    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{?C4NQ  
    图4.远场计算对话框
    `lqMifD  
    V[uB0#Lp  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 8'@pX<  
    Wavelength: 0.63 +#A >[,U  
    Refractive index: 1.5+0i -Q<3Q_  
    Angle Initial: -90.0 ?)'j;1_=E3  
    Angle Final: 90.0 Vq -!1.v3  
    Number of Steps: 721 p4bQCI  
    Distance: 100, 000*wavelength Q!z g=_z-  
    Intensity uhbo/7d'7  
    +_3> T''_  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 :p%nQF,*f  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 g\OPidY  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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