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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: d^$cx(2$D  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 #')] ~Xa  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ~Ni-}p  
    布局layout xJ:Am>%\^  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 bOrE86v:  
    图1.二维光栅布局
    !IC .0I`  
    QjJlVlp  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 y,Bj,zw  
    `LIlR8&@aX  
    步骤: jL5O{R[ x:  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 I|Hcs.uW  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 1 rbc}e  
    Wafer Dimensions: F$JA IL{W  
    Length (mm): 8.5 gGA5xkA  
    Width (mm): 3.0 GpO@1 C/  
    "FGgem%9  
    2D wafer properties: l,A\]QDvl  
    Wafer refractive index: Air ]k1N-/  
    3 点击 Profiles 与 Materials. _3f/lG?&-  
    p((.(fx  
    在“Materials”中加入以下材料 WRAv>s9  
    Name: N=1.5 kaEu\@%n  
    Refractive index (Re:): 1.5 !{uV-c-5,  
    Y%]g,mG  
    Name: N=3.14 S*3$1BTl  
    Refractive index (Re:): 3.14 l<sWM$ez  
    ^( C,LVP<  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ji ,`?  
    Name: ChannelPro_n=3.14 A"+t[0$.  
    2D profile definition, Material: n=3.14 T_)+l)  
    cY~lDLyB  
    Name: ChannelPro_n=1.5 c- @EHv  
    2D profile definition, Material: n=1.5 1_}k)(n  
    Z$YG'p{S  
    6.画出以下波导结构: ,(c'h:@M  
    a. Linear waveguide 1 FuBUg _h  
    Label: linear1 #LwDs,J:  
    Start Horizontal offset: 0.0 ;lTgihW-  
    Start vertical offset: -0.75 waV4~BdL  
    End Horizontal offset: 8.5 T z+Y_  
    End vertical offset: -0.75 }_Sgor83n  
    Channel Thickness Tapering: Use Default X)9|ZF2`  
    Width: 1.5 e<Oz%  
    Depth: 0.0 2V+[:>F  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 #?\|)y4i  
    !$o9:[B  
    b. Linear waveguide 2 ,Qe`(vU*s  
    Label: linear2 )=,;-&AR  
    Start Horizontal offset: 0.5 yaX%<KBa\  
    Start vertical offset: 0.05 Gh'{O/F4*  
    End Horizontal offset: 1.0 zq#gf  
    End vertical offset: 0.05 2fUz}w (  
    Channel Thickness Tapering: Use Default H{d/%}7[v  
    Width: 0.1 .M\0+,%/  
    Depth: 0.0 ,}Ic($ To  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 IifH=%2Y  
    R*O6Z"h  
    7.加入水平平面波: <jVk}gi)Jp  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: o`ODz[04  
    Input field Transverse: Rectangular z]i/hU  
    X Position: 0.5 LA837%)  
    Direction: Negative Direction 90$`AMR  
    Label: InputPlane1 9>5]y}.{  
    2D Transverse: GlXzH1wZ  
    Center Position: 4.5 FC8= ru  
    Half width: 5.0 rk?G[C)2c  
    Titlitng Angle: 45 f6HDfJmE  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 v{U1B  
    图2.波导结构(未设置周期)
    K9'AYFse  
    +(hr5  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 j7Lw( AJ  
    将Linear2代码段修改如下: @j4~`~8  
    Dim Linear2 _~ 7cn  
    for m=1 to 8 pM@0>DVi  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) W}oAgUd  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 rMUQh~a/  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Wuji'sxTs  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" *:,7 A9LY  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" LZ~$=<  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 1FC 1*7A[  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" C  F<  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 9DmQ  
    (KG>lTdN  
    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。 DfP vi1  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    !O8vr4=  
    noNL.%I  
    设置仿真参数 #EU x1II  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Ibl==Irk  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: uI[lrMQYa  
    TE simulation UbV} !  
    Mesh Delta X: 0.015 {R. @EFkZ  
    Mesh Delta Z: 0.015 ='r4z z  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps W*|U  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 %(wa~:m+S-  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 {mV,bg,}~  
            其它参数保持默认 y#;@~S1W  
    运行仿真 0IjQqI  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 3&JsYQu  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 +EgQj*F*  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 :j,e0#+sA  
    BI6o@d;=4  
    远场分析衍射 =2[cpF]  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”  kQm\;[R  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 pfvNVu  
    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 ^Q4m1? 40  
    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) @7';bfsix  
    图4.远场计算对话框
    "n@=.x  
    *tT }y(M  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: F/w!4,'<?5  
    Wavelength: 0.63 G%K<YyAP  
    Refractive index: 1.5+0i v ~%6!Tr  
    Angle Initial: -90.0 "VcG3.  
    Angle Final: 90.0 Ey u?T  
    Number of Steps: 721 TNV#   
    Distance: 100, 000*wavelength -3c?Yaf"  
    Intensity U(=cGA.$  
    EkqsE$52  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 %8+'L4  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 rm4j8~Ef  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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