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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: 6R4<J% $P  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 H=~9CJ+tc  
    •光栅布局模拟和后处理分析 :_HF j.JW  
    布局layout s&Yi 6:J  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 z7T0u.4Ss  
    图1.二维光栅布局
    r\qz5G *6  
    DNP@A4~  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 27#5y_ `  
    `^6 ,kI-c  
    步骤: MbA\pG'T  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 (kw5>c7  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 [Qj;/  
    Wafer Dimensions: {vVTv SC  
    Length (mm): 8.5 ]?K. S6  
    Width (mm): 3.0 ar ^i|`D  
    ,={t8lN  
    2D wafer properties: X.V[0$.;  
    Wafer refractive index: Air -d=WV:G%e  
    3 点击 Profiles 与 Materials. a9Y5  
    rx!=q8=0R  
    在“Materials”中加入以下材料 caq} &A]C  
    Name: N=1.5 `JURQ:l)3^  
    Refractive index (Re:): 1.5 46No%cSiG  
    5?u}#zO  
    Name: N=3.14 'EhBRU%  
    Refractive index (Re:): 3.14 'i|rj W(  
    E6A /SVp  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ]A+o>#n}x  
    Name: ChannelPro_n=3.14 `dW]4>`O  
    2D profile definition, Material: n=3.14 vjUp *R>h  
    ~ 'Vxg}  
    Name: ChannelPro_n=1.5 GbZ;#^S  
    2D profile definition, Material: n=1.5 z5 m>H;P  
    p]T"|!d  
    6.画出以下波导结构: 1hmc,c  
    a. Linear waveguide 1 P'$ `'J]j  
    Label: linear1 I 3$dVls}  
    Start Horizontal offset: 0.0 `/IKdO*!S  
    Start vertical offset: -0.75 h<l1U'Bn7  
    End Horizontal offset: 8.5 mUP.rb6  
    End vertical offset: -0.75 T.:+3:8|F  
    Channel Thickness Tapering: Use Default @N.jB#nEb  
    Width: 1.5 Acm<-de  
    Depth: 0.0 A\sI<WrH  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ~r*P]*51x  
    EbQa?  
    b. Linear waveguide 2 {2KFD\i\  
    Label: linear2 N{Qxq>6 G  
    Start Horizontal offset: 0.5 U5r}6D!)  
    Start vertical offset: 0.05 G}zZQy  
    End Horizontal offset: 1.0 tkKJh !Q7  
    End vertical offset: 0.05 kxB.,'  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 5Av=3[kh"%  
    Width: 0.1 KY9n2u&4  
    Depth: 0.0 8y2+&#$  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 (p)!Mq "^  
    ]0j9>s2|Z  
    7.加入水平平面波: X$n(-65  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: $'wq1u  
    Input field Transverse: Rectangular i@P}{   
    X Position: 0.5 @%ECj)u`O  
    Direction: Negative Direction q6d~V] 4:  
    Label: InputPlane1 ,. EBOUW^  
    2D Transverse: K7)kS  
    Center Position: 4.5 n6Z|Q@F  
    Half width: 5.0 {S.>BXX  
    Titlitng Angle: 45 R^&q-M=O[  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 e@<?zS6  
    图2.波导结构(未设置周期)
    dY!Z  
    nHXX\i  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 +0$/y]k  
    将Linear2代码段修改如下: FY3IUG  
    Dim Linear2 chI.{Rj  
    for m=1 to 8 :l u5Uu~  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) TLa]O1=Bf.  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 evuZY X@  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" @mQ:7-,~  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" OjE` 1h\  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Sus;(3EX  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" %yS3&Ju  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" KW3+luI6  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True VR? ^HA9  
    s][24)99  
    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。 }FqA ppr  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    5g5'@vMN  
    kL*0M<0 (  
    设置仿真参数 W7No ls{  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 KA s1(oG  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: rS XzBi{  
    TE simulation q OhO qV  
    Mesh Delta X: 0.015 ?}QH=&=^  
    Mesh Delta Z: 0.015 8(U{2B8>\%  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 15\Ph[6g  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 kSncZ0K{  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 4Ft1@  
            其它参数保持默认 ?=Pd  
    运行仿真 6=GZLpv  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 j7QX ,_Q  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 vG41Ck1  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 (=x"Y{%  
    / +K?  
    远场分析衍射 },$0&/>ft  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” (]2H7X:b  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 >pL2*O^{9  
    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 p*QKK@C  
    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) d I'SwnR  
    图4.远场计算对话框
    CB\{!  
    }ut]\]b  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 7*o*6,/  
    Wavelength: 0.63 &]6) LFm  
    Refractive index: 1.5+0i {}~:&.D  
    Angle Initial: -90.0 o89( h!  
    Angle Final: 90.0 tA.`k;LT  
    Number of Steps: 721 :*514N  
    Distance: 100, 000*wavelength I<oL}f  
    Intensity 6=_~ 0PcY  
    [IZM.r`Z  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ~"x5U{K48S  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 q<vf,D@{ !  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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