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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: >^ ;(c4C  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 D|[/>x  
    •光栅布局模拟和后处理分析 _Ws#UL+Nq  
    布局layout [~!.a\[RW  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 K,G,di  
    图1.二维光栅布局
    U-1VnX9m  
    a" ^#!G<+  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 QYH."7X >  
    u*U_7Uw$  
    步骤: LH,]vuXh  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ,T/GW,?  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 k+f1sV[4}  
    Wafer Dimensions: R !Fx)xj  
    Length (mm): 8.5 #gF2(iK6  
    Width (mm): 3.0 IL2e6b  
    U{HyxZ|q<  
    2D wafer properties: \ hrBq^I  
    Wafer refractive index: Air n}VbdxlN  
    3 点击 Profiles 与 Materials. +< GrRYbC  
    `!<x"xKu  
    在“Materials”中加入以下材料 )CFk`57U  
    Name: N=1.5 3Hy%SN(  
    Refractive index (Re:): 1.5 4+-5,t7  
    5Ws5X_?d  
    Name: N=3.14 fYb KmB  
    Refractive index (Re:): 3.14 )\RzE[Cb  
    Av@& hD\  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: tN[St  
    Name: ChannelPro_n=3.14 yB 1I53E  
    2D profile definition, Material: n=3.14 zoR,RBU6  
    2;3x,<Cg  
    Name: ChannelPro_n=1.5 BN_!Y)F l  
    2D profile definition, Material: n=1.5 <zfO1~^  
    UB5}i('L  
    6.画出以下波导结构: ^6ExW>K  
    a. Linear waveguide 1 W]} #\\$z  
    Label: linear1 L-`(!j  
    Start Horizontal offset: 0.0 Z`^ K%P=  
    Start vertical offset: -0.75 f&=K]:WDe  
    End Horizontal offset: 8.5 Gs^(YGtU  
    End vertical offset: -0.75 O)Xd3w'  
    Channel Thickness Tapering: Use Default MP6 \r  
    Width: 1.5 }~myf\$  
    Depth: 0.0 q2[+-B)m  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 un.G6|S  
    %j~9O~-  
    b. Linear waveguide 2 I/u'bDq  
    Label: linear2 ~l;yr @  
    Start Horizontal offset: 0.5 We[<BJ o4  
    Start vertical offset: 0.05 kqjxJ5  
    End Horizontal offset: 1.0 cZPbD;e:  
    End vertical offset: 0.05 l :f9Ih  
    Channel Thickness Tapering: Use Default hVQ7'@  
    Width: 0.1 =~,$V<+c  
    Depth: 0.0 (3)C_Z  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 516VQ<?B  
    l*~"5f03  
    7.加入水平平面波: +J\L4ri k  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ~r(g|?}P  
    Input field Transverse: Rectangular *=($r%)  
    X Position: 0.5 113Z@F  
    Direction: Negative Direction s#'|{  
    Label: InputPlane1 ]s1TJw [B  
    2D Transverse: 9itdRa==  
    Center Position: 4.5 *uk \O]  
    Half width: 5.0 ]hCWe0F  
    Titlitng Angle: 45 ^G ]KE8  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 qkIA,Kgy  
    图2.波导结构(未设置周期)
    [X0k{FR  
    Z\ "Kd  
    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。 dbf^A1HI  
    将Linear2代码段修改如下: u i s:\Uc  
    Dim Linear2 eyI-s9#t  
    for m=1 to 8 ?K= gg<  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Y!K^-Y}  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 e["Z!D_H  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" |U;w!0  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" #o(?g-3  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" YHwVj?6W  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" >=Rd3dgDG  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ?^e*UJNM  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True (E2lv#[  
    m)tI  
    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。 :X1`wBu  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    :epitpJ  
    KD[)O7hYC  
    设置仿真参数 Zq2H9^![y~  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 E 6>1Fm8%V  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: Jgi{7J  
    TE simulation $g}/T_26  
    Mesh Delta X: 0.015 1Ud t9$~T  
    Mesh Delta Z: 0.015 jk WBw.(  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps yKX:Z4I/  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Rx_,J%0Fq  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 VNOK>+  
            其它参数保持默认 BMtYM{S6  
    运行仿真 m\R@.jkZ  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 XY$cx~  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 D 9@<#2-  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 f"} 0j|Gg  
    Z.cG`Km*  
    远场分析衍射 Aw_R $  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” N@%xLJF=N>  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 DcFV^8O&  
    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 {4V:[*3  
    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) 9v5.4a}  
    图4.远场计算对话框
    cSHtl<UY  
    $AL|d[[T[  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: %oSfL;W7  
    Wavelength: 0.63 >E 2WZHzd2  
    Refractive index: 1.5+0i T^f&58{ 7  
    Angle Initial: -90.0 YA/H;707l  
    Angle Final: 90.0 DI"dY ug#  
    Number of Steps: 721 R,(+NT$  
    Distance: 100, 000*wavelength :">~(Rd ZH  
    Intensity e2VL/>y`  
    Fr E/K_L  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 lzQ&)7`  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 @N:3`[oB  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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