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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: k"X<gA  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 }@%A@A{R  
    •光栅布局模拟和后处理分析 dlkxA^  
    布局layout TOmq2*,/  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 Hh`x>{,|S  
    图1.二维光栅布局
    U;f~Q6iu  
    HLm6BtE  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 $'Z\'<k[  
    s{x{/Bp(KK  
    步骤: E-jL"H*  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 I?c "\Fe  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 H:byCFN-  
    Wafer Dimensions: at"-X?`d  
    Length (mm): 8.5 YLs%u=e($  
    Width (mm): 3.0 TpXbJ]o9  
    uj#bK 7  
    2D wafer properties: :k9n 9  
    Wafer refractive index: Air [yj-4v%u`  
    3 点击 Profiles 与 Materials. VBV y3fnj  
    .: gZ*ks~  
    在“Materials”中加入以下材料 6$]@}O^V  
    Name: N=1.5 nv>|,&;  
    Refractive index (Re:): 1.5 uFPJ}m[>5  
    _"Yi>.{]  
    Name: N=3.14 6iAHus-  
    Refractive index (Re:): 3.14 2;X{ZLo  
    g2Pa-}{  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: zIc%>?w  
    Name: ChannelPro_n=3.14 USBU?WDt  
    2D profile definition, Material: n=3.14 <NRW^#g<x  
    &ru2&Sz  
    Name: ChannelPro_n=1.5 }!-BZIOlO  
    2D profile definition, Material: n=1.5 PNVYW?l  
    S5B12P  
    6.画出以下波导结构: $&D$Uc`U>  
    a. Linear waveguide 1 7;0$UYDU*  
    Label: linear1 <X]'":  
    Start Horizontal offset: 0.0  %T9'dcM  
    Start vertical offset: -0.75 IJX75hE0g  
    End Horizontal offset: 8.5 G-FeDP  
    End vertical offset: -0.75 o2p;$W4`  
    Channel Thickness Tapering: Use Default tx0`#x  
    Width: 1.5 +<qmVW^X  
    Depth: 0.0 D}4*Il?  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 { |dU|h  
    e'%"G{(D  
    b. Linear waveguide 2 2|a@,TW}-  
    Label: linear2 Y\#+-E  
    Start Horizontal offset: 0.5 Tgxxm  
    Start vertical offset: 0.05 2Cy">Exl  
    End Horizontal offset: 1.0 w.v yEU^  
    End vertical offset: 0.05 k Qm\f  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 1 /@lZ  
    Width: 0.1 c j-_  
    Depth: 0.0 B_Qi  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 N0U6N< w  
    p\xi5z  
    7.加入水平平面波: P|M#S9^]  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: &dA{<.  
    Input field Transverse: Rectangular x.gRTR`7(  
    X Position: 0.5 *c"tW8uR  
    Direction: Negative Direction /eFudMl  
    Label: InputPlane1 <hG] f%  
    2D Transverse: Y"eR&d  
    Center Position: 4.5 ?r< F/$/  
    Half width: 5.0 ~Ey)9phZK  
    Titlitng Angle: 45 gZ{q85C.>  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 a+wc"RQ |  
    图2.波导结构(未设置周期)
    i;+]Y   
    R.ZC|bPiD  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 0LQ|J(u  
    将Linear2代码段修改如下: }vzZWe  
    Dim Linear2 <qGVOAnz+  
    for m=1 to 8 (WoKrd.!  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ;;6e t/8  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ]{2Eo  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" >$^v@jf  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" JI&ik_k3  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" QY$Z,#V)  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Mv\odf\]  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" UXU!sd  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ^LaOl+;S  
    7*{9 2_M  
    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。 ;|nC;D]  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    P.8CFl X  
    MXQ S6F#  
    设置仿真参数 .W[[Z;D  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 nMz~.^Q-  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: Kr;7~`$[  
    TE simulation >9?BJv2  
    Mesh Delta X: 0.015 m\h. sg&  
    Mesh Delta Z: 0.015 :Fv d?[  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 4tZnYGvqe  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 lQ t&K1m  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 NTj:+z0  
            其它参数保持默认 r$=YhI/=  
    运行仿真 EUVB>%P  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 #zRT  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 -Odk'{nW  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 T(n<@Ac]V  
    9lT6fW`v1Q  
    远场分析衍射 ;t^8lC?>V  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” NZj_7j|o9  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ue YBD]3'  
    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 GQU9UXe  
    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) MV+S.`R  
    图4.远场计算对话框
    l}#z#L2,`  
    Y~R['u,  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: n\U3f M>N  
    Wavelength: 0.63 &HS6}  
    Refractive index: 1.5+0i YLEk M  
    Angle Initial: -90.0 :yLSLN  
    Angle Final: 90.0 AX {~A:B  
    Number of Steps: 721 uTSTBI4t  
    Distance: 100, 000*wavelength ^CZ)!3qd1  
    Intensity )ifEgBT  
    /^BaQeH?R  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 !A5UT-  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ]["=K!la:  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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