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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: #]zhZW4  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 xwLy|&  
    •光栅布局模拟和后处理分析 JK^[{1 JI  
    布局layout Ar`\ N1a  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 #: hVF/  
    图1.二维光栅布局
    U"x~Jb3]O  
    on5 0+)uN  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 BTs0o&}e  
    9.-47|-9C  
    步骤: x u,htx  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 1f;or_f#k?  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 F@<MT<TRf  
    Wafer Dimensions: ;IhPvff  
    Length (mm): 8.5 3ZN>9`  
    Width (mm): 3.0 u\5g3BH  
    + (=I8s/  
    2D wafer properties: =c]a {|W?  
    Wafer refractive index: Air 'z](xG<  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 1 PIzV:L\  
    7vNtv9  
    在“Materials”中加入以下材料 ?Ccw4]YO,=  
    Name: N=1.5 T9y768%  
    Refractive index (Re:): 1.5 ;+9(;  
    2fP~;\AP  
    Name: N=3.14 #S *pD?VZ  
    Refractive index (Re:): 3.14 ^Y<M~K972  
    Y eO-gY [b  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: >]?Jrs  
    Name: ChannelPro_n=3.14 <i7agEdZD  
    2D profile definition, Material: n=3.14 bqNLkw#  
    ] umZJZ#Y  
    Name: ChannelPro_n=1.5 fp-m.d:|  
    2D profile definition, Material: n=1.5  2$)mC9  
    -$m@*L  
    6.画出以下波导结构: %09*l%,;  
    a. Linear waveguide 1 tx)OJY  
    Label: linear1 w5 Z2N[hy  
    Start Horizontal offset: 0.0 8>d q=0:  
    Start vertical offset: -0.75 z.j4tc9F/5  
    End Horizontal offset: 8.5 p_gA/. v=  
    End vertical offset: -0.75 ~zj"OG"zOw  
    Channel Thickness Tapering: Use Default a+'}XEhSC:  
    Width: 1.5 6d};|#}  
    Depth: 0.0 w Oj88J)  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 V0S6M^\DK  
    QA!#s\  
    b. Linear waveguide 2 ^f6 {0  
    Label: linear2 lT3|D?sF  
    Start Horizontal offset: 0.5  )Oo2<:"  
    Start vertical offset: 0.05 9PCa*,  
    End Horizontal offset: 1.0 p4y6R4kyT  
    End vertical offset: 0.05 HoV{Uzm  
    Channel Thickness Tapering: Use Default PJ0Jjoh"Y  
    Width: 0.1 IuDT=A  
    Depth: 0.0 [JZ  h*A  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 mDlCt_h  
    IY0 3"  
    7.加入水平平面波: F/xCG nP-  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: )kF2HF  
    Input field Transverse: Rectangular eL_^: -   
    X Position: 0.5 MN\i-vAL8  
    Direction: Negative Direction ,,Jjr[A_j  
    Label: InputPlane1 )ph30B  
    2D Transverse: f~U#z7  
    Center Position: 4.5 q _19&;&  
    Half width: 5.0 ` %l&zwj>  
    Titlitng Angle: 45 A3<^ U  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 {dZ!I  
    图2.波导结构(未设置周期)
    \+G.]|"Y  
    JR!Q,7S2!N  
    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。 R/ Tj^lM  
    将Linear2代码段修改如下: :|zp8|  
    Dim Linear2 m'3OGvd  
    for m=1 to 8 |1lf(\T_  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) [6G=yp  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 /G{&[X<4U  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 219R&[cb  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" h)7v1,;w'  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" cl@kRX<7'  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" F9F" F  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" /i> ?i@O-  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True "OVi /:*B  
    PIgGXNo  
    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。 "k/;`eAP  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    GA(OK-WUd  
    ,n^TN{#  
    设置仿真参数 1bT' u5&  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 [y_yPOv  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 23)F-.C}j  
    TE simulation l&\t f`~  
    Mesh Delta X: 0.015 !?S5IGLOj  
    Mesh Delta Z: 0.015 e',hC0&S  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps %uh R'8"  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 A>4l/  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 >F,$;y52  
            其它参数保持默认 +[>y O _}  
    运行仿真 UIO6|*ka  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 0T7M_G'5Q  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 jM6uT'Io  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 !&'# a  
    FrgW7`s[A  
    远场分析衍射 JqL<$mSep  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” q2[+-B)m  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 5JO[+>  
    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 A"Tc^Ij  
    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) 3s3a>  
    图4.远场计算对话框
    ~l;yr @  
    We[<BJ o4  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: kqjxJ5  
    Wavelength: 0.63 cZPbD;e:  
    Refractive index: 1.5+0i l :f9Ih  
    Angle Initial: -90.0 s 4MNVT  
    Angle Final: 90.0 ju8',ZC  
    Number of Steps: 721 sZ0g99eX  
    Distance: 100, 000*wavelength /&~nM  
    Intensity B)( p9]q  
    j:3A;r\  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 R tXF  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ~,(0h:8  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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