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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: )%TmAaj9d  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 a?1Wq  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ~N4m1s"  
    布局layout w0. u\  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 tQVVhXQ7  
    图1.二维光栅布局
    5P bW[  
    4g/dP^  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 *~`(RV  
    :FF=a3/"6  
    步骤: Py< }S-:  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 6BlXLQ,8q  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数  7GGUV  
    Wafer Dimensions: 6]N.%Y[(  
    Length (mm): 8.5 ;uW FHc5@B  
    Width (mm): 3.0 TeQV?ZQ#}  
    9c],<;{'  
    2D wafer properties: y =@N|f!  
    Wafer refractive index: Air sW$XH1Uf#  
    3 点击 Profiles 与 Materials. XW/o<[91  
    /Oono6j  
    在“Materials”中加入以下材料 z?zL97H  
    Name: N=1.5 )7@0[>  
    Refractive index (Re:): 1.5 ZCw]m#lS  
    $G>.\t  
    Name: N=3.14 4i bc  
    Refractive index (Re:): 3.14 K3C<{#r  
    ]9-\~Mwh  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: bt *k.=p  
    Name: ChannelPro_n=3.14 N`i/mP  
    2D profile definition, Material: n=3.14 nN;u,}e  
    =N@t'fOr  
    Name: ChannelPro_n=1.5 :k"]5>(^  
    2D profile definition, Material: n=1.5 *Ex|9FCt$  
    =Qq+4F)MD  
    6.画出以下波导结构: [aS*%Heu  
    a. Linear waveguide 1 %y@AA>x!  
    Label: linear1 }u|q0>^8  
    Start Horizontal offset: 0.0 ,Q B<7a+I  
    Start vertical offset: -0.75 <3iMRe  
    End Horizontal offset: 8.5 H]s.=.Ki  
    End vertical offset: -0.75 i4Jc.8^9$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ^.tg7%dJ  
    Width: 1.5 \v{=gK  
    Depth: 0.0 $kgVa^  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 -&f$GUTJ  
    (hsl~Jf  
    b. Linear waveguide 2 ^aQ"E9  
    Label: linear2 @x1-! ~z#  
    Start Horizontal offset: 0.5 c,22*.V/  
    Start vertical offset: 0.05 E]6 6]+;0_  
    End Horizontal offset: 1.0 neh(<>  
    End vertical offset: 0.05 -di o5a  
    Channel Thickness Tapering: Use Default IID5c" oR  
    Width: 0.1 l2d{ 73h  
    Depth: 0.0 AGno6g  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 f::Dx1VcX  
    ,Q,^3*HX9}  
    7.加入水平平面波: VpUAeWb  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: v<;Md-<  
    Input field Transverse: Rectangular +"(jjxJm  
    X Position: 0.5 ,[Fb[#Qqb  
    Direction: Negative Direction |o @%dH  
    Label: InputPlane1 %SI'BJ  
    2D Transverse: hSMH,^Io$  
    Center Position: 4.5 zQA`/&=Y  
    Half width: 5.0 HDKbF/  
    Titlitng Angle: 45 07)yG:q*x  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 }Lv;!  
    图2.波导结构(未设置周期)
    . .-hAH  
    :4s1CC+@\  
    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。 :EH=_"  
    将Linear2代码段修改如下: t Pf40`@  
    Dim Linear2 cAy3^{3:  
    for m=1 to 8 C?Ucu]cW  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) J;%Xfx]  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 KG@8RtHsQ  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" F"< v aqT2  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Ah<+y\C  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" {[(h[MW#  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Tr|JYLwF  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" R4@6G&2d>  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True AEuG v}#  
    iUwzs&frd  
    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。 dd["dBIZ '  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    [2koe.?(  
    fLVAKn  
    设置仿真参数 OH"XrCX7n  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 {U1m.30n  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: w:l"\Tm  
    TE simulation s7EinI{^  
    Mesh Delta X: 0.015 TKjFp%  
    Mesh Delta Z: 0.015 BC]?0 U  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 8D].MI^  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 8] ikygt"  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ~v83pu1!2s  
            其它参数保持默认 B;WCTMy}  
    运行仿真 V+~Nalm O  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 7 ?t6UPf  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Ha#>G<;n  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 2[CdZ(k]5  
    '2O\_Uz  
    远场分析衍射 d\Zng!Z'  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” +*^H#|!  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 tjnIN?YT  
    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 I0a<%;JJW  
    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) s <Fl p  
    图4.远场计算对话框
    Vg23!E  
    o14cwb  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: d %#b:(,  
    Wavelength: 0.63 `lPfb[b  
    Refractive index: 1.5+0i $SE^S   
    Angle Initial: -90.0 X jX2]  
    Angle Final: 90.0 L-\GHu~)  
    Number of Steps: 721 D-4f.Tq4#  
    Distance: 100, 000*wavelength qFNes)_r  
    Intensity 9/7u*>:  
    iX\X>W$P  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 |CzSU1ma  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 !a<ng&H^U  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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