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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: \l"&A  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 h)1qp Qj  
    •光栅布局模拟和后处理分析 fJ\sguZ  
    布局layout K3uG2g(>2  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 "'8KV\/D  
    图1.二维光栅布局
    &mj6rIz  
    @~<j&FTT  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 <Llp\XcZ  
    \T]EZ'+O  
    步骤: 50TA :7  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Y={&5Mir  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ,uw132<b  
    Wafer Dimensions: o-xDh7v  
    Length (mm): 8.5 9Suu-A  
    Width (mm): 3.0 4Wy <?O2  
    j*e6 vX  
    2D wafer properties: MS(JR  
    Wafer refractive index: Air ~^u16z,  
    3 点击 Profiles 与 Materials. [S.ZJUns  
    9jN)I(^D6  
    在“Materials”中加入以下材料 ,\ 2a=Fp  
    Name: N=1.5 J$4wL F3  
    Refractive index (Re:): 1.5 n .!Ym X4  
    |9"p|6G?B  
    Name: N=3.14 !3mA 0-!+  
    Refractive index (Re:): 3.14 5qg2Zc~  
    B63pgPX  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: AC O)Dt(Y  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ml@2wGyf  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Wv__ wZ  
    \;VhYvEH  
    Name: ChannelPro_n=1.5 h2ZkCML  
    2D profile definition, Material: n=1.5 @)kO=E d  
    K.G$]H  
    6.画出以下波导结构: 1Z[/KJ  
    a. Linear waveguide 1  hjO*~  
    Label: linear1 {k4CEt;  
    Start Horizontal offset: 0.0 rC:?l(8ng3  
    Start vertical offset: -0.75 s[8@*/ds  
    End Horizontal offset: 8.5 2L AYDaS  
    End vertical offset: -0.75 bX.ja;;   
    Channel Thickness Tapering: Use Default *A}cL  
    Width: 1.5 QKN<+,h!z>  
    Depth: 0.0 o7B[R) 4  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 @ S<-d  
    ?JV|dM  
    b. Linear waveguide 2 Lokl2o `  
    Label: linear2 Xh J,"=E+  
    Start Horizontal offset: 0.5 KXV[OF&J  
    Start vertical offset: 0.05 Ca%g_B0t  
    End Horizontal offset: 1.0 K:' q>D@  
    End vertical offset: 0.05 *. 3N=EO  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 0y<wvLv2C  
    Width: 0.1 C^ Q tSha  
    Depth: 0.0 Q]rD}Ckv-  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 iK?b~Q  
    Z/^  u  
    7.加入水平平面波: s >0Nr  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: e4~>G?rM_  
    Input field Transverse: Rectangular }HE6aF62O  
    X Position: 0.5 :'aAZegQY  
    Direction: Negative Direction LZ@|9!KDw  
    Label: InputPlane1 {0! ~C=P  
    2D Transverse: `mye}L2I  
    Center Position: 4.5 Qu,8t 8  
    Half width: 5.0 `h}q Eo`  
    Titlitng Angle: 45 \rykBxs  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 !v]b(z`Y  
    图2.波导结构(未设置周期)
    FWH}j0Gj|  
    ^m_yf|D$  
    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。 lTU$0CG  
    将Linear2代码段修改如下: = 8gHS[  
    Dim Linear2 i{D=l7j|w  
    for m=1 to 8 c!8=lrT.  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) #YDr%>j  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 *m%]zj0bo  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" TO2c"7td  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ~2EHOO{  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" &C>/L;  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" )otb>w5  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" OT^%3:zg  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True $D31Q[p=+  
    fQLt=Lrp  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 y8VpFa  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    <o2r~E0r3  
    kY]W Qu  
    设置仿真参数 iYnEwAoN;  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 KJE[+R H+z  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ]pEV}@7  
    TE simulation 3D9 !M-  
    Mesh Delta X: 0.015 RtG}h[k/X  
    Mesh Delta Z: 0.015 q9"=mO0J+  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps K^r)CCO  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 M4ozTp<$O  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 :b[`  v  
            其它参数保持默认 Wl h~)   
    运行仿真 pf4 ^Bk}e  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 _= #zc4U  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ::n;VY2&  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 t6c<kIQ:-O  
    A?TBtAe  
    远场分析衍射 @H!$[m3  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” zo;^m|  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 C0=9K@FCb  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 5unG#szq  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) e&eW|E  
    图4.远场计算对话框
    `RMI(zI3g.  
    I2(zxq&2M\  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: )'l*Tl  
    Wavelength: 0.63 V8=Y@T,  
    Refractive index: 1.5+0i -st7_3  
    Angle Initial: -90.0 1B*WfP~  
    Angle Final: 90.0 kF7(f|*  
    Number of Steps: 721 Z -%(~  
    Distance: 100, 000*wavelength bbxLBD'  
    Intensity PiFD^w  
    E^w:KC2@  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 tgL$"chj@x  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 dk8wIa"K`  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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