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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: phd,Jg[  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ,'[0tl}8K  
    •光栅布局模拟和后处理分析 -|T.APxB  
    布局layout 9%pq+?u9  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 bP(xMw<'j  
    图1.二维光栅布局
    525W; mu{  
    }5\F<b^@Y  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 3V2 "1Ic  
    USv: + .  
    步骤: kU0e;r1N  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 I!~5.  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 tRFj<yuaq  
    Wafer Dimensions: uD_iyK0,  
    Length (mm): 8.5 ;mu^WIj  
    Width (mm): 3.0 2/3,%5j_  
    ,,OO2EgZ`  
    2D wafer properties: O)n"a\LD  
    Wafer refractive index: Air ,dP-sD;<  
    3 点击 Profiles 与 Materials. Z+x,Awq  
    h@&& .S`B  
    在“Materials”中加入以下材料 HTA Jn_  
    Name: N=1.5 ?Mtd3F^o?  
    Refractive index (Re:): 1.5 'gI q_t|^  
    LY(YgqL  
    Name: N=3.14 F|Pf-.r`t  
    Refractive index (Re:): 3.14 E9i M-Lw  
    A}W) La\  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Z_Qs^e$  
    Name: ChannelPro_n=3.14 x4Q*~,n  
    2D profile definition, Material: n=3.14 u1R_u9  
    :Xq qhG  
    Name: ChannelPro_n=1.5 EBc_RpC/Z  
    2D profile definition, Material: n=1.5 j#hFx+S  
    Yi1lvB?m  
    6.画出以下波导结构: c 2t<WRG  
    a. Linear waveguide 1 G(" S6u  
    Label: linear1 V.?N29CA|  
    Start Horizontal offset: 0.0 K-vG5t0$\/  
    Start vertical offset: -0.75 &NM.}f  
    End Horizontal offset: 8.5 5)bf$?d   
    End vertical offset: -0.75 >MwjUq  
    Channel Thickness Tapering: Use Default aNs~Uad1U  
    Width: 1.5 a\;Vly;  
    Depth: 0.0 "^Y)&<J&  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 noJ5h |  
    O eLM*Zi  
    b. Linear waveguide 2 ^E{M[;sF3y  
    Label: linear2 {xJq F4  
    Start Horizontal offset: 0.5 D+.< kY.  
    Start vertical offset: 0.05 7L)edR [  
    End Horizontal offset: 1.0 BWRAz*V  
    End vertical offset: 0.05 Q$u&/g3NvL  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ?tx%K U\3  
    Width: 0.1 'Km ~3t  
    Depth: 0.0 WZ,}]D  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 #e)A  
    B /q/6Pp  
    7.加入水平平面波: Av6=q=D  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 8$9Q=M  
    Input field Transverse: Rectangular !D#wSeJ  
    X Position: 0.5 OI/m_xx@j  
    Direction: Negative Direction RI.6.f1dy  
    Label: InputPlane1 :buH\LB*P  
    2D Transverse: mXAGa8##j  
    Center Position: 4.5 max 5s$@  
    Half width: 5.0 0oR'"Vo  
    Titlitng Angle: 45 ]$Ud`<Xnx  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 o\<m99Ub  
    图2.波导结构(未设置周期)
    F9h'.{@d  
    v|~&I%S7  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 /L|$* Xj  
    将Linear2代码段修改如下: w(/#isC  
    Dim Linear2 "MS}@NLUW  
    for m=1 to 8 X~+AaI :~K  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ,zXP,(x  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 cl2+,!:  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" QEtf-xNn^  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" -o: if F|  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" tFj[>_d7  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Hg[g{A_G[  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" R;yi58Be  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True %PF:OB6[|  
    ''. P=  
    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。 (_2Iu%F  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    o4Ny9s  
    &ZyZmB  
    设置仿真参数 "Sx}7?8AB  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 (g(.gN]  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: C6<*'5T  
    TE simulation vH[G#A~4  
    Mesh Delta X: 0.015 Uw`YlUT\  
    Mesh Delta Z: 0.015 c qWX*&2_  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ,?k0~fuG6  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 cpY'::5.%  
    Number of Anisotropic PML layers: 15  <xn96|$  
            其它参数保持默认 ;pH&YBY  
    运行仿真 O8\>?4)  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 3P}^Wu  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 2D'b7zPJ3  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 HLL:nczj  
    }^b7x;O|  
    远场分析衍射 `qXCY^BH2  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 7A,QA5G ]C  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 A,H|c="  
    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 6_rgj{L  
    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) n PAl8  
    图4.远场计算对话框
    6cQ)*,Q  
    $4Vpl  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: QXaE2}}P  
    Wavelength: 0.63 II,snRD  
    Refractive index: 1.5+0i '!V5 #J  
    Angle Initial: -90.0 @gc|Z]CV  
    Angle Final: 90.0 t%k1=Ow5i  
    Number of Steps: 721 :Qc[>:N  
    Distance: 100, 000*wavelength ,)svSzR  
    Intensity J 7/)XS  
    7RpAsLH=  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 \c1NIuJR  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 bjq+x:>  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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