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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: pWPIJ>2G:  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 #O$  
    •光栅布局模拟和后处理分析 j=*l$RG  
    布局layout fMGbODAvY  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 %STliJ  
    图1.二维光栅布局
    S!Omy:=;i  
    {o!KhF:[  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 'xhcuVl  
    3uZJ.Fb  
    步骤: YY&l?*M<  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 i<H wTmm$  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 |+35y_i6  
    Wafer Dimensions: l IUuA  
    Length (mm): 8.5 GwG4LIp  
    Width (mm): 3.0 J 8M$k/"X  
    %9k!A]KD  
    2D wafer properties: TMs,j!w?I  
    Wafer refractive index: Air 'fcMuBc+ 4  
    3 点击 Profiles 与 Materials. :C}2=  
    j [rB"N`0  
    在“Materials”中加入以下材料 {fha`i  
    Name: N=1.5 "t({D   
    Refractive index (Re:): 1.5 ?OE.O/~l  
    /;7y{(o  
    Name: N=3.14 e1>aTu@  
    Refractive index (Re:): 3.14 "6R 5+  
    (RUT{)p[  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ~by]xE1Eg  
    Name: ChannelPro_n=3.14 N[<H7_/3  
    2D profile definition, Material: n=3.14 6`0mta Q  
    `((Yc]:7  
    Name: ChannelPro_n=1.5 lz?;#U  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ~6pr0uyO`  
     *[r!  
    6.画出以下波导结构: !@x+q)2  
    a. Linear waveguide 1 ^K7ic,{  
    Label: linear1 {&P FXJ  
    Start Horizontal offset: 0.0 wO:Sg=,  
    Start vertical offset: -0.75 a@@M+9Q  
    End Horizontal offset: 8.5 o]ag"Q  
    End vertical offset: -0.75 \S*$UE]uG  
    Channel Thickness Tapering: Use Default h)6GaJ=  
    Width: 1.5 ) c/% NiN  
    Depth: 0.0 !IC-)C,q  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 SG?Nsp^%`B  
    1=|7mehL%  
    b. Linear waveguide 2 l" q1?kaVg  
    Label: linear2 j,t#B"hOnp  
    Start Horizontal offset: 0.5 Yz4_vePh+5  
    Start vertical offset: 0.05 &O)&k  
    End Horizontal offset: 1.0 OdQT2PA_  
    End vertical offset: 0.05 d\H&dkpH  
    Channel Thickness Tapering: Use Default yMZHUd  
    Width: 0.1 PN$X N<  
    Depth: 0.0 zW}[+el }  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 'DCFezdf3  
    T1` |~Z?g-  
    7.加入水平平面波: ( 7ws{)  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 8 F2|  
    Input field Transverse: Rectangular #Ei,(xiP  
    X Position: 0.5  Og2vGzD  
    Direction: Negative Direction |+:h|UIUQ  
    Label: InputPlane1 9D 0dg(  
    2D Transverse: FVB;\'/  
    Center Position: 4.5 kF{*(r=.o  
    Half width: 5.0 lJzl6&  
    Titlitng Angle: 45 X53mzs  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 [xfaj'j=@  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ~1*A  
    B/J>9||g  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 &3v&i*DG,I  
    将Linear2代码段修改如下: -/ x W  
    Dim Linear2 ,;<RW]r-P  
    for m=1 to 8 X 6 lH|R  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) '~ 4pl0TWc  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 tu>{  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" `p0ypi3hn  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" KtB!"yy#  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" a`E*\O'd  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" wQ+dJ3b$  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 3Wcy)y>2Ap  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True cBYfXI0`  
    G\/"}B:(  
    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。 [pg}S#A  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    a=xT(G0Re  
    :%JC^dV(  
    设置仿真参数 H@l}[hkP  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 QM5 .f+/  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: aV`&L,Q)7E  
    TE simulation /u`3VOn  
    Mesh Delta X: 0.015 >p])it[q&$  
    Mesh Delta Z: 0.015 ?$z.K>S5  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps $ P: O/O=>  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 'R9g7,53R  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 W~ULc 9  
            其它参数保持默认 `7+j0kV)  
    运行仿真 C;Ic  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Y-~~,Yl~  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 td{O}\s7D  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 Y&*x4&Lb  
    wU`!B<,j  
    远场分析衍射 .wK1El{bf  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ^1jk$$f  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 yPu4T6Vv  
    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 [U\(G  
    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) )F pJ 1  
    图4.远场计算对话框
    R^MiP|?ZH  
    E1Q0k5@  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ~S; Z\  
    Wavelength: 0.63 *~z#.63oZ  
    Refractive index: 1.5+0i gJ3c;  
    Angle Initial: -90.0 2GWDEgI1o  
    Angle Final: 90.0 %G?K@5?j?  
    Number of Steps: 721 W9J1=  
    Distance: 100, 000*wavelength {hqAnZ@]vr  
    Intensity V+Xl9v4O  
    V/"}ku  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 Omag)U)IPh  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 sI 4yG  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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