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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: ,80qwN,  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 5G=<2;  
    •光栅布局模拟和后处理分析 T:q_1W?h]  
    布局layout N&7= hni  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 r=P)iE:  
    图1.二维光栅布局
    ){`s&?M0  
    \O5`R-  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 %JM:4G|q  
    ^%|,G:r  
    步骤: #j -bT4!  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 )I'?]p<  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 0 3fCn"  
    Wafer Dimensions: G'IqAKJ  
    Length (mm): 8.5 jY%&G#4  
    Width (mm): 3.0 cHOtMPyQ  
    <+UEM~)  
    2D wafer properties: GL$!JKWp  
    Wafer refractive index: Air "V-k_d "  
    3 点击 Profiles 与 Materials. Hs/ aU_  
    uc!j`G*]  
    在“Materials”中加入以下材料 F8M&.TE_3  
    Name: N=1.5 '?dO[iQ$:  
    Refractive index (Re:): 1.5 I Y%M5(&Q  
    v+uq  
    Name: N=3.14 eqbQ,, &  
    Refractive index (Re:): 3.14 1O@ qpNm  
    m3W:\LTTp  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: eJA$J=^R;  
    Name: ChannelPro_n=3.14 {Q],rv|;  
    2D profile definition, Material: n=3.14 _+PiaJ&'  
    I^"ou M9}Q  
    Name: ChannelPro_n=1.5 zaWy7@?  
    2D profile definition, Material: n=1.5 F: %-x=q  
    c'cK+32  
    6.画出以下波导结构: it]im  
    a. Linear waveguide 1 FJ0Ity4u6  
    Label: linear1 @_s`@ ,=  
    Start Horizontal offset: 0.0 >B>[_8=f@  
    Start vertical offset: -0.75 <knf^D<"  
    End Horizontal offset: 8.5 ]&6# {I-  
    End vertical offset: -0.75 XN9s!5A<L)  
    Channel Thickness Tapering: Use Default |,3s]b`  
    Width: 1.5 M)S(:Il6Xx  
    Depth: 0.0 _: @~ bHd  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 F. 5'5%  
    j1{|3#5V  
    b. Linear waveguide 2 4x7(50hp#  
    Label: linear2 +UbSqp1BS  
    Start Horizontal offset: 0.5 )_bc:6Q  
    Start vertical offset: 0.05 -e< d//>  
    End Horizontal offset: 1.0 _CqVH5U?  
    End vertical offset: 0.05 $ N`V%<W  
    Channel Thickness Tapering: Use Default <xpOi&l  
    Width: 0.1 K$v SdpC  
    Depth: 0.0 e_'/4 n  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 y/=:F=H@w  
    Z] ?Tx2|7  
    7.加入水平平面波: ;fomc<  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: +B(x:hzY9  
    Input field Transverse: Rectangular  x{K^u"  
    X Position: 0.5 9/A$ 3#wF  
    Direction: Negative Direction aAM!;3j]B`  
    Label: InputPlane1 l{b<rUh5W  
    2D Transverse: _vOV(#q2a  
    Center Position: 4.5 CTawXHM  
    Half width: 5.0 kc*zP=  
    Titlitng Angle: 45 ^n8ioL\*i  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ( w4w  
    图2.波导结构(未设置周期)
    *u LOoq  
    V{!fag  
    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。 wq yw#)S  
    将Linear2代码段修改如下: + *u'vt?  
    Dim Linear2 _N8Tu~lqV  
    for m=1 to 8 F`!B!uY  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) (al.7VA;9  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 6Gt~tlt:L  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" % mP%W<  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" e^v5ai  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" NUxOU>f  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" =^liong0  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Pjz_KO/  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True D5]AL5=Xt2  
    qHwHP 1  
    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。 GMk\ l  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ~K'e}<-G  
    `O~NT'Ed8  
    设置仿真参数 0e./yPTT  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 HCBZ*Z-  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: H~Z$pk%  
    TE simulation y{ & k`H  
    Mesh Delta X: 0.015 4%!#=JCl  
    Mesh Delta Z: 0.015 j^4KczJl  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps lKVy{X 3]*  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Za,MzKd=  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 a[e&O&Z  
            其它参数保持默认 +Dvdv<+  
    运行仿真 yf|,/{S  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 G.j  R  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 $ghAC  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 * SAYli+@  
    PK&3nXF%4  
    远场分析衍射 2T3TD%  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Lj]I7ICNh  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 OGl>i  
    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 Z|78>0SAt  
    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) (I<]@7>  
    图4.远场计算对话框
    [cJQ"G '  
    Mn)>G36(  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ,/m@<NyK  
    Wavelength: 0.63 |\HYq`!g%7  
    Refractive index: 1.5+0i 0P MF)';R  
    Angle Initial: -90.0 fj 14'T  
    Angle Final: 90.0 A/bxxB7w  
    Number of Steps: 721 P<. TiF?@  
    Distance: 100, 000*wavelength l ~bjNhk  
    Intensity Drn{ucIs  
    J A=9EnTU  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 72i ]`   
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Cx N]fo  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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