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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: J(L$pIM  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 c3mlO [(  
    •光栅布局模拟和后处理分析 3F3?be  
    布局layout %%u4( '=  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 >?x Vr  
    图1.二维光栅布局
    L2tmo-]nw  
    Yq.@7cJ  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 :v48y.Ij7s  
    1Qkuxw  
    步骤: 7MfvU|D[d/  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Vt>E\{@[t  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 #SOe &W5  
    Wafer Dimensions: b`=rd 4cpU  
    Length (mm): 8.5 AS ul  
    Width (mm): 3.0 :W55JD'  
    fA5# 2P{  
    2D wafer properties: b*7i&q'H  
    Wafer refractive index: Air <9vkiEo  
    3 点击 Profiles 与 Materials. eSf:[^  
    "b;?2_w:E  
    在“Materials”中加入以下材料 W3kilhZ  
    Name: N=1.5 ?Ci\3)u,P  
    Refractive index (Re:): 1.5 >n62csO  
    SuSZ,>  
    Name: N=3.14 Bf'(JJ7&N  
    Refractive index (Re:): 3.14 =X):Zi   
    #{a<{HX  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: <Do89  
    Name: ChannelPro_n=3.14 t@v8>J%K  
    2D profile definition, Material: n=3.14 p-_j0zv  
    k2a^gCBC  
    Name: ChannelPro_n=1.5 u^$ CR  
    2D profile definition, Material: n=1.5 rL/+`H  
    3]Mx,u  
    6.画出以下波导结构: 3m'6cMQ  
    a. Linear waveguide 1 |ipppE=  
    Label: linear1 ?T&D@Ohsx  
    Start Horizontal offset: 0.0 %|~ UNP$  
    Start vertical offset: -0.75 > im4'-  
    End Horizontal offset: 8.5 >#Y q&@G  
    End vertical offset: -0.75 yO)Qg* r  
    Channel Thickness Tapering: Use Default >'eqOZM  
    Width: 1.5 Lj#6K@u@Z  
    Depth: 0.0 c1f6RCu$b  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 SE1 tlP  
    fr7/%{s  
    b. Linear waveguide 2  E7,\s   
    Label: linear2 ,b8AB_yw  
    Start Horizontal offset: 0.5 f.{0P-Np  
    Start vertical offset: 0.05 [S%  
    End Horizontal offset: 1.0 A{k@V!A%  
    End vertical offset: 0.05 =G`m7!Q)  
    Channel Thickness Tapering: Use Default {rDZKy^f  
    Width: 0.1 \GN5Sy]r  
    Depth: 0.0 :d;5Q\C`  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 :>;#/<3{  
    okW3V}/x/z  
    7.加入水平平面波: -MZ Eli g  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: bP[/  
    Input field Transverse: Rectangular ! ^W|;bq  
    X Position: 0.5 f{J7a1 `_  
    Direction: Negative Direction )8_0d)  
    Label: InputPlane1 :zCm$@  
    2D Transverse: 0WFZx Ad"  
    Center Position: 4.5 n.)-aRu[  
    Half width: 5.0 E_z@\z MB  
    Titlitng Angle: 45 BsAglem  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 q&.!*rPD  
    图2.波导结构(未设置周期)
    t%%I.zIV7  
     Y+N87C<  
    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。 8CL05:&  
    将Linear2代码段修改如下: !dGgLU_  
    Dim Linear2 ` mi!"pmw  
    for m=1 to 8 la-+ `  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) s}.nh>Q  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 (]JJ?aAF  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" er_aol e  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" cb+!H>+  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" @1pdyKK  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ^ZsME,  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" CNwhH)*  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True FR&RIFy  
    `4o;Lz~  
    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。 Vo\d&}Q  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    1Dbe0u  
    Av'H(qB\K  
    设置仿真参数 7J _H Ox#  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 F"q3p4-<>  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 1+^c3Dd`  
    TE simulation Yv{AoL~  
    Mesh Delta X: 0.015 ,UP6.C14  
    Mesh Delta Z: 0.015 ,Ya&M@^Z  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps DN!EsQ6  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 pyNPdEy  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 NT/}}vES  
            其它参数保持默认 '? d[ ip  
    运行仿真 +5Mx0s(5  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 hZpFI?lqc\  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 A4# m&o  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 NzEuiI}  
    Nb$)YMbA  
    远场分析衍射 rnW i<Se  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” d&fENnt?h  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Pvtf_Qo^  
    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 fhC=MJ @  
    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) h_cZ&P|  
    图4.远场计算对话框
    )a.U|[:y[+  
    bZ389dSn  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 1*a2s2G '  
    Wavelength: 0.63 5%Q!R%  
    Refractive index: 1.5+0i y.>r>o"0  
    Angle Initial: -90.0 ^Ab|\ 5^3  
    Angle Final: 90.0 "e(N h%t  
    Number of Steps: 721 |OC6yN *P)  
    Distance: 100, 000*wavelength Gf"/fpeQx  
    Intensity ?e BN_a,r6  
    / og'W j  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ICGBU>Db  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 +pE-Yn`YS  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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