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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$'wDhN*  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 l0hlM#  
    •光栅布局模拟和后处理分析 A={UL  
    布局layout ~WN:DXn  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 3Le{\}-$.  
    图1.二维光栅布局
    TW>WHCAm  
    M|[oaanY'  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 D1mfm.9_r^  
    ?NP1y9Y]i  
    步骤: :Lug7bUVD  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 zA"`!}*  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 jZ3fKyp#   
    Wafer Dimensions: 8h4'(yGQQW  
    Length (mm): 8.5 { buy"X4  
    Width (mm): 3.0 r(2uu  
    4 N7^?  
    2D wafer properties: c{LO6dNg\z  
    Wafer refractive index: Air s|B3~Q]  
    3 点击 Profiles 与 Materials. )tnh4WMh}  
    aoa)BNs  
    在“Materials”中加入以下材料 !#" zTj  
    Name: N=1.5 [ps*uva  
    Refractive index (Re:): 1.5 hDq`Z$_+KX  
    H]jhAf<h  
    Name: N=3.14 HOh!Xcu  
    Refractive index (Re:): 3.14 ^w06<m  
    7( 2{'r  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: g|Fn7]G  
    Name: ChannelPro_n=3.14 FjI`uP  
    2D profile definition, Material: n=3.14 (NnH:J`  
    C C^'@~)?  
    Name: ChannelPro_n=1.5 A$xF$l  
    2D profile definition, Material: n=1.5 b,%C{mC  
    d$AWu{y  
    6.画出以下波导结构: '-/xyAzS  
    a. Linear waveguide 1 *C=>X193U  
    Label: linear1 ApXy=?fc  
    Start Horizontal offset: 0.0 Nl(3Xqov  
    Start vertical offset: -0.75 !1Cy$}w  
    End Horizontal offset: 8.5 <nK?LcP  
    End vertical offset: -0.75 W1FI mlXS  
    Channel Thickness Tapering: Use Default @[i4^  
    Width: 1.5 ig':%2V/  
    Depth: 0.0 nmi|\mof  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 .Twk {p  
    h.s+)fl\  
    b. Linear waveguide 2 t\j*}# S  
    Label: linear2 VD]zz ^  
    Start Horizontal offset: 0.5 9Ly]DZ;L  
    Start vertical offset: 0.05 Q7COQ2~K   
    End Horizontal offset: 1.0 l/ ;  
    End vertical offset: 0.05 usL* x9i  
    Channel Thickness Tapering: Use Default #3 pb(fbw  
    Width: 0.1 3% ;a)c;D  
    Depth: 0.0 4^OY C  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 bl(RyA gA  
    U\<?z Dw  
    7.加入水平平面波: &7wd?)s  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 4J([6<  
    Input field Transverse: Rectangular do+.aOC  
    X Position: 0.5 3az&<Pqb  
    Direction: Negative Direction hJ#xB6  
    Label: InputPlane1 2WVka  
    2D Transverse: gH7|=W  
    Center Position: 4.5 'V=P*#|SR  
    Half width: 5.0 'B0{_RaTb  
    Titlitng Angle: 45 -JjM y X  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 q,eVjtF  
    图2.波导结构(未设置周期)
    zXxT%ZcCj  
    -kwXvYu\  
    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。 [ $n_6  
    将Linear2代码段修改如下: '9j="R;  
    Dim Linear2 qXe8Kto  
    for m=1 to 8 vV e';|8v  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) KOuCHqCfq  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 xJ)n4)  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" hL;(C) (  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" b4ONh%  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ,1CIBFY  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" "#oHYz3D  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ndz]cx  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Z%/=|[9i  
    A/KJqiag  
    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。 #"\gLr_:m  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    zvH8^1yzG  
    $,}E   
    设置仿真参数 t+iHQfuP9A  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 <drODjB  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: TS9|a{j3!  
    TE simulation =i*;VFc  
    Mesh Delta X: 0.015 m6CI{Sa](l  
    Mesh Delta Z: 0.015 O7<]U_"I  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps .QJ5sgmh  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ?9\EN|O^  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 (HE9V]  
            其它参数保持默认 c>RFdc:U  
    运行仿真 Zk"eA'"\  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 =~H<Z LE+  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 u5 : q$P  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 $m1z-i;/  
    g8xQ|px  
    远场分析衍射 q~ZNd3O  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” MET' (m  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Ksj -zR;  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 LNpup`>`  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) ` a/%W4  
    图4.远场计算对话框
    SY^t} A7:/  
    0ANZAX5  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Xudg2t)+K  
    Wavelength: 0.63 ua]o6GlO  
    Refractive index: 1.5+0i 1Y@Aixx  
    Angle Initial: -90.0 pDIVZC  
    Angle Final: 90.0 <_tT<5'[$u  
    Number of Steps: 721 \6<=$vD  
    Distance: 100, 000*wavelength khrb-IY@  
    Intensity cy3B({PLy  
    Id|L`  w  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 _Khc3Jo  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 F,MO@&ue"  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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