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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: H.hF`n  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 HO/Ij  
    •光栅布局模拟和后处理分析 B4r4PSB>!  
    布局layout 9sFZs]uM  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 Z[R E|l{  
    图1.二维光栅布局
    [, 3o  
    (2[tQ`~  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 {k%*j 4  
    `6)GjZh^  
    步骤: b<P9@h~:  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Waj6.PCFm  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 %(MaH  
    Wafer Dimensions: }Ry:})  
    Length (mm): 8.5 :$~)i?ge<5  
    Width (mm): 3.0 L%}k.)yev  
    lRF04  
    2D wafer properties: k(pI5N}pJZ  
    Wafer refractive index: Air J70#pF  
    3 点击 Profiles 与 Materials. O; 7`*}m  
    PTWP7A[  
    在“Materials”中加入以下材料 s {p-cV  
    Name: N=1.5 ~,WG284  
    Refractive index (Re:): 1.5 Q0K2md_%x  
    c Owa^;  
    Name: N=3.14 rG|lRT3-K  
    Refractive index (Re:): 3.14 )y4bb^;z  
    ?& qMC  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: %4|*  
    Name: ChannelPro_n=3.14  $A]2Iw!&  
    2D profile definition, Material: n=3.14 HT0VdvLw  
    h+<vWo}H  
    Name: ChannelPro_n=1.5 S.pL^Ru  
    2D profile definition, Material: n=1.5 +!h~T5Ck  
    8[\F*H  
    6.画出以下波导结构: @E;'Ffo  
    a. Linear waveguide 1 %N$,1=0*  
    Label: linear1 r"sK@  
    Start Horizontal offset: 0.0 Q>Voa&tYn  
    Start vertical offset: -0.75 2fFZ70Yh  
    End Horizontal offset: 8.5 ]rGZ  
    End vertical offset: -0.75 :,Z'/e0&  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ;rXkU9  
    Width: 1.5 %Hx8%G!  
    Depth: 0.0 xucrp::g  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 *(wkgn  
    ecaEWIOG  
    b. Linear waveguide 2 oS6dcJHf  
    Label: linear2 `G7LM55  
    Start Horizontal offset: 0.5 kZ7\zbN>  
    Start vertical offset: 0.05 eB%hP9=:x  
    End Horizontal offset: 1.0 :/UO3 c(  
    End vertical offset: 0.05 (#I$4Px{  
    Channel Thickness Tapering: Use Default $WmB__  
    Width: 0.1 omz%:'m`~  
    Depth: 0.0 r&  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 x-27rGN  
    7QV@lR<C2R  
    7.加入水平平面波: )45~YDS;t  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: (=&z:-52V  
    Input field Transverse: Rectangular qLC_p)  
    X Position: 0.5 %87D(h!.I4  
    Direction: Negative Direction sNB*S{   
    Label: InputPlane1 F{*{f =E!B  
    2D Transverse: }_Y&kaM  
    Center Position: 4.5 TQ`s&8"P  
    Half width: 5.0 <14,xYpE  
    Titlitng Angle: 45 %!DdjC&5*  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 >-8r|};+  
    图2.波导结构(未设置周期)
    D)shWJRlvW  
    (<GBhNj=c  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 qZQB"Q.*  
    将Linear2代码段修改如下: oF'_x,0  
    Dim Linear2 +vf~s^  
    for m=1 to 8 kXW5bR  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Pgug!![  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 (F=/r] Q  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"  &<nj~BL  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" i ZU 1w7Z  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ycD.X"  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ^*?mb)  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" lZ,w#sqbY  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True <Wr n/%tL  
    =Jyi9VN=&  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 IKo,P$ PE  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    %Z~0vwY  
    Cx~,wk;=  
    设置仿真参数 V2B@Lq"9`  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 7a0T]  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 0*J},#ba$  
    TE simulation k2-+3zx  
    Mesh Delta X: 0.015 3A&: c/  
    Mesh Delta Z: 0.015 ol3].0Vc]  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps .gQYN2#zb  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 WRCf [5  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 uKA-<nM._c  
            其它参数保持默认 M4H~]Ftn  
    运行仿真 S =5br  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 7&`Yl[G  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 P>}OwW  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 J;DTh ]z?:  
    $G<!+^T  
    远场分析衍射 `8 Ann~Z|k  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” tD^$}u6  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 \+Nn>wW.  
    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 Kcu*Z  
    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) )U|0vr8:  
    图4.远场计算对话框
    fphi['X   
    ]]F e:>  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: q<XleC  
    Wavelength: 0.63 =w;~1i% .k  
    Refractive index: 1.5+0i *-eDU T|O  
    Angle Initial: -90.0 n@=D,'cn  
    Angle Final: 90.0 aG&t gD{  
    Number of Steps: 721 rtxG-a56Q  
    Distance: 100, 000*wavelength 'w"hG$".  
    Intensity @1vpkB~ w  
    4k_y;$4WN  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 he! Uq%e  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Vi=u}(*  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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