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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: {7`eR2#Wq  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 H79|%@F"  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Q+ ;6\.#r  
    布局layout M ) 9Ss  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 T-=sC=sS,  
    图1.二维光栅布局
    nq#k}Qx:  
    -\;x>=#B  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 YoD1\a|  
     D7%`hU  
    步骤: W,zlR5+Jk  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 xbex6i"ZE  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 L+@RK6dq  
    Wafer Dimensions: $CaF"5}?Ke  
    Length (mm): 8.5 }U$Yiv  
    Width (mm): 3.0 f=v +D0K$n  
    '?+q3lps  
    2D wafer properties: M*)}F  
    Wafer refractive index: Air 9C5w!_b@  
    3 点击 Profiles 与 Materials. M%f96XUM  
    R1'bB"$  
    在“Materials”中加入以下材料 [`P+{ R  
    Name: N=1.5 c ?mCt0Cg  
    Refractive index (Re:): 1.5 brN:Ypf-e  
    &?(r# T  
    Name: N=3.14 A{Giz&p  
    Refractive index (Re:): 3.14 /?l@7  
    < J=9,tv<  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: <`EZ^S L;  
    Name: ChannelPro_n=3.14 s OD>mc#%Y  
    2D profile definition, Material: n=3.14 VsOn j~@  
    :)+|q  
    Name: ChannelPro_n=1.5 C7&4,],  
    2D profile definition, Material: n=1.5 sfez0Uqe.~  
    *a xOen  
    6.画出以下波导结构: MyZ@I7Fb,  
    a. Linear waveguide 1 \H+/D &M  
    Label: linear1 = >)S\Dfi  
    Start Horizontal offset: 0.0 U/E M(y  
    Start vertical offset: -0.75 z.{T`Pn  
    End Horizontal offset: 8.5 t&(}`W  
    End vertical offset: -0.75 EzK,SN#  
    Channel Thickness Tapering: Use Default f.0~HnNg1  
    Width: 1.5 I.I:2Ew+  
    Depth: 0.0 0qSd #jO  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 tWVbD%u^  
    F+Og8^!  
    b. Linear waveguide 2 me@4lHBR  
    Label: linear2 {20^abUAS  
    Start Horizontal offset: 0.5 I&|%Fn  
    Start vertical offset: 0.05 `,~I*}T>5W  
    End Horizontal offset: 1.0 uWR\#D'  
    End vertical offset: 0.05 P: &XtpP  
    Channel Thickness Tapering: Use Default [ Y.3miE  
    Width: 0.1 ]O s!=rt  
    Depth: 0.0 V%?oI]" l  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 tUl#sqN_{  
    wwVK15t  
    7.加入水平平面波: +`l >_u'  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: g@YJ#S(}  
    Input field Transverse: Rectangular ^R\0<\'  
    X Position: 0.5 pZz?c/h-  
    Direction: Negative Direction z c N1i^   
    Label: InputPlane1 ,g%2-#L%  
    2D Transverse: ]+Yd#<j(u  
    Center Position: 4.5 PiXegh WH  
    Half width: 5.0 }X94M7+->  
    Titlitng Angle: 45 |lAu6d !  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 +=hiLfnE  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ; k{w@L.@  
    ,tv P"@d  
    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。 W}V L3s  
    将Linear2代码段修改如下: s2)a8 <  
    Dim Linear2 =ZjF5,@  
    for m=1 to 8 ^Fgmwa'  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) P31}O2 Nh  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 DSad[>Uj],  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ^il'Q_-{  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" x|n2,3%  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" w;}pebL:  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" J_]?.V*A  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" gJ cf~@s  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True  UN[rW0*  
    SU9qF73Y  
    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。 o:jLM7$=  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    B ?96d'A  
    Se+sgw_"  
    设置仿真参数 ST1PSuC~  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 '0D2e  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: %YLdie6c  
    TE simulation tKgPKWP   
    Mesh Delta X: 0.015 j#r|t+{"C  
    Mesh Delta Z: 0.015 9cud CF  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps `=^;q 6f  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 SD paW6(_  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 )| @'}k+  
            其它参数保持默认 5xL%HX[S  
    运行仿真 >u#c\s  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ;o }pRC  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ]}H;`H  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 YpMQY-n  
    Q.Uyl:^PxU  
    远场分析衍射 CS2AKa@`  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 3\WLm4  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 pB;)H ii\  
    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 X>l  
    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) /M(FuV  
    图4.远场计算对话框
    *&{M ,  
    R4v)}`x  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: CJ0j2e/  
    Wavelength: 0.63 zk= 3L} C  
    Refractive index: 1.5+0i OnFx8r:q@%  
    Angle Initial: -90.0 cLR02  
    Angle Final: 90.0 ,":_=Tf.  
    Number of Steps: 721 nf?;h!_7  
    Distance: 100, 000*wavelength (cJb/|?3  
    Intensity 7JNhCOBB  
    +O>1 Ed  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 '^ "6EF.R  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 n}X)a-=  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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