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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: xw1,Wbu]  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Xh~oDnP  
    •光栅布局模拟和后处理分析 3],(oQq^  
    布局layout fl_a@QdB#  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 F*:H&,  
    图1.二维光栅布局
    W^H[rX}=  
    :2{ [f+  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 cIuCuh0I`  
    FklO#+<:  
    步骤: 8L@@UUjr  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 {+9t!'   
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 N=8CVI  
    Wafer Dimensions: 3VQmo\li  
    Length (mm): 8.5 hGUQdTNP  
    Width (mm): 3.0 f,-'eW/j  
    , d4i0;2}+  
    2D wafer properties: ) I.uqG  
    Wafer refractive index: Air G6"4JTWO  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 9<Th: t|w  
    p1ER<_fp  
    在“Materials”中加入以下材料 itO1ROmu  
    Name: N=1.5 VOmS>'$  
    Refractive index (Re:): 1.5 U[@B63];0  
    K~8!Gh{h]  
    Name: N=3.14 MB.LHIo  
    Refractive index (Re:): 3.14 lg jY\?  
    "1ZVuI  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ,#.^2O9-^  
    Name: ChannelPro_n=3.14 v[m1R'  
    2D profile definition, Material: n=3.14 /q`f3OV"  
    57U;\L;ZmZ  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Vf(n  
    2D profile definition, Material: n=1.5 0@#d($'1?Z  
    6 )Qe*S  
    6.画出以下波导结构: 3\P/4GK)  
    a. Linear waveguide 1 f%STkL)  
    Label: linear1 d[ce3':z  
    Start Horizontal offset: 0.0 `[f IK,  
    Start vertical offset: -0.75 =Ajw(I[56  
    End Horizontal offset: 8.5 a'\fS7aE0l  
    End vertical offset: -0.75 Vao3 &#D8  
    Channel Thickness Tapering: Use Default D_I_=0qNd  
    Width: 1.5 _3_o/I  
    Depth: 0.0 IBv9xP]BZ  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 s3gT6  
    xx%*85<  
    b. Linear waveguide 2 bEzy KrN\  
    Label: linear2 T:udw  
    Start Horizontal offset: 0.5 :Us NiR=l  
    Start vertical offset: 0.05 54&&=NVs|  
    End Horizontal offset: 1.0 [-Mfgw]i  
    End vertical offset: 0.05 &R}2/Mt  
    Channel Thickness Tapering: Use Default fAeq(tI=  
    Width: 0.1 9t0NO-a  
    Depth: 0.0 `"E<%$|ZQy  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 }Q>??~mVl  
    %XWb|-=  
    7.加入水平平面波: MqswYK-s  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: mINir-  
    Input field Transverse: Rectangular lem\P_V)  
    X Position: 0.5 =)XC"kU p  
    Direction: Negative Direction #c2JWDH1F  
    Label: InputPlane1 as@I0e((  
    2D Transverse: j&=!F3[  
    Center Position: 4.5 k%ckV`y  
    Half width: 5.0 ]4oF!S%F  
    Titlitng Angle: 45 R&s\h"=*  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ;z^C\=om  
    图2.波导结构(未设置周期)
    .AHww7  
    I=yy I  
    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。 :mz6*0qW  
    将Linear2代码段修改如下: sBu- \P#  
    Dim Linear2 'd=B{7k@  
    for m=1 to 8 L [7Aa"R  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) W-@}q}A  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 \!:^=2VF  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" I)X33X,  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 3 +$~l5LY  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" WJ$!W  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 4P}<86xk  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" pWXoJ0N  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True m]:|j[!*M  
    TW?A/GoXI  
    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。 xD<:'-ri>  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    |Orp:e!  
    2AI~Jm#  
    设置仿真参数 ,v+~vXO&\  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 N!:&Xz  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: yGtGhP8  
    TE simulation D>Dch0{H,:  
    Mesh Delta X: 0.015 ey>V^Fj  
    Mesh Delta Z: 0.015 (Y%pk76d  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Vi1= E])  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 D^9r#&  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 W-+~r  
            其它参数保持默认 8yV?l7  
    运行仿真 k~ZE4^dM  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 StJ&YYdD  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 q}mQm'  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 #Y;_W;#  
    'm,3znX!c  
    远场分析衍射 >|22%YVX  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” \d#|n u  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 {  'Db  
    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 + \AiUY  
    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) Jx8?x#}  
    图4.远场计算对话框
    xr*hmp1  
    EpCsJ08K  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: UfnjhHu  
    Wavelength: 0.63 2'zYrdem  
    Refractive index: 1.5+0i =N%;HfUD  
    Angle Initial: -90.0 !yQ#E2/A  
    Angle Final: 90.0 9,`eYAu  
    Number of Steps: 721 -_RMiGM?T  
    Distance: 100, 000*wavelength P~y%  
    Intensity B2PjS1z2  
    5g3D}F>OJ  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 !!4` #Z0+#  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 & A%*sD6  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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