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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: 1A^iUC5)  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ,2S <#p!  
    •光栅布局模拟和后处理分析 PJj{5,#@3  
    布局layout *ggTTHy  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 WrbDB-uM  
    图1.二维光栅布局
    EQPZV K/  
    |Hn[XRsf  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 1!8*mk_R{  
    47I:o9E  
    步骤: Fk D  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 :NU-C!eT  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 UwtOlV:G{  
    Wafer Dimensions: @_YEK3l]l  
    Length (mm): 8.5 FW7+!A&F  
    Width (mm): 3.0 cJA0$)JP&  
    qx 3.oU  
    2D wafer properties: O;[PEV ~  
    Wafer refractive index: Air 6A M,1  
    3 点击 Profiles 与 Materials. %u }|4BXoh  
    DGY#pnCu  
    在“Materials”中加入以下材料 $m/-E#I #Z  
    Name: N=1.5 ?>MD/l(l  
    Refractive index (Re:): 1.5 yp5*8g5  
    uuj"Er31  
    Name: N=3.14 x$CpUy{6  
    Refractive index (Re:): 3.14 oSNB\G<  
    ->wY|7  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ..FUg"sSO  
    Name: ChannelPro_n=3.14 iM2 EEC  
    2D profile definition, Material: n=3.14 3sGrX"0D  
    MIa].S#  
    Name: ChannelPro_n=1.5 )xQxc.  
    2D profile definition, Material: n=1.5 !~UI~-i'  
    V$ 38  
    6.画出以下波导结构: qq-&z6;$  
    a. Linear waveguide 1 ;KQ'/nII  
    Label: linear1 B2d$!Any  
    Start Horizontal offset: 0.0 w GZ(bKyO  
    Start vertical offset: -0.75 {%D "0*^  
    End Horizontal offset: 8.5 dQM# -t4*  
    End vertical offset: -0.75 4:r^6m%%  
    Channel Thickness Tapering: Use Default >|0yH9af  
    Width: 1.5 #BS]wj2#  
    Depth: 0.0 |L;'In  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 R $'}Z  
    };9dd3X  
    b. Linear waveguide 2 Oi BK  
    Label: linear2 R,Zuy( g  
    Start Horizontal offset: 0.5 (m;P,*  
    Start vertical offset: 0.05 ]&/jvA=\l,  
    End Horizontal offset: 1.0 F/j=rs,*|D  
    End vertical offset: 0.05 N["c*=x  
    Channel Thickness Tapering: Use Default md$[Bs9  
    Width: 0.1 ]kb%l"&  
    Depth: 0.0 v{ C]\8  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 u;J=g  
    ?P`wLS^;  
    7.加入水平平面波: ^%_B'X9  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: q,nj|9z V  
    Input field Transverse: Rectangular 'IfM~9'D  
    X Position: 0.5 L*FmJ{Yf  
    Direction: Negative Direction ?Tuh22J{Q  
    Label: InputPlane1 o*p7/KvoT  
    2D Transverse: |<y[gj4`T/  
    Center Position: 4.5 2IjqT L  
    Half width: 5.0 5mSXf"R^  
    Titlitng Angle: 45 w2{k0MW  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 VPN@q<BV  
    图2.波导结构(未设置周期)
    9}}D -&Mc  
    {h9#JMIA  
    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。 !YJdi~q  
    将Linear2代码段修改如下: XQj`KUO@  
    Dim Linear2 nt;A7pI`  
    for m=1 to 8 0?p_|X'_  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) I$f:K]|.m!  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 "Wi`S;  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" S<p "k]  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" u85y;AE,(  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" E}NX+ vYF  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Q|5wz]!5Y(  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" !Z=`Wk5  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True [*}[W6 3v  
    .\U+`>4av  
    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。 ybS7uo  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
     ~-M7  
    bO2$0!=I  
    设置仿真参数 QJ"B d`wc  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 T$}<So|  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: U +mx@C_  
    TE simulation {xM%3  
    Mesh Delta X: 0.015 $~D`-+J  
    Mesh Delta Z: 0.015 $oxPmELtpe  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps QyHUuG|g  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 $wN'mY  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 W 8E<P y  
            其它参数保持默认 $u3N ',&  
    运行仿真 i}wu+<Mk  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 PFPfLxna  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 H[>_LYZ8  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 }1 _gemlf  
    .mok.f<G_m  
    远场分析衍射 c&0IJ7fZG  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” PKjA@+  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 R8],}6,;E}  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 /@wm?ft6Gk  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) ahV_4;yF  
    图4.远场计算对话框
    q>Q|:g&:  
    Nju7!yVM_  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ( j-(fS  
    Wavelength: 0.63 |fw+{f  
    Refractive index: 1.5+0i ! prU!5-  
    Angle Initial: -90.0 1/&j'B  
    Angle Final: 90.0 a#raUF7e  
    Number of Steps: 721 aB'<#X$x  
    Distance: 100, 000*wavelength }(hE{((o  
    Intensity ?L'k2J  
    {Ua5bSbh  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 :_e.ch:4  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 x(t} H8q  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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