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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: F&=I7i  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 0JmFQ ^g(  
    •光栅布局模拟和后处理分析 y;Qy"-)qb  
    布局layout /xl4ohL$a  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 <Q2u)m'  
    图1.二维光栅布局
    nd.57@*M  
    z-n>9  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 {eEBrJJeB  
    x&at^Fp  
    步骤: J'o DOn.M  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 iaY5JEV:CA  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 :lUX5j3  
    Wafer Dimensions: "yg.hK`  
    Length (mm): 8.5 8O,? |c=>  
    Width (mm): 3.0 h,^BC^VU9-  
    TqIAWbb&  
    2D wafer properties: xC<=~(  
    Wafer refractive index: Air $z*@2Non  
    3 点击 Profiles 与 Materials. a "R7JjH  
    eymi2-a<  
    在“Materials”中加入以下材料 H5~1g6b@  
    Name: N=1.5 59V#FWe-  
    Refractive index (Re:): 1.5 O/mR9[}  
    ]JH64~a  
    Name: N=3.14 "[k1D_PZ  
    Refractive index (Re:): 3.14 T YYp"wx  
    *D2Nm9sl  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: WrNLGkt  
    Name: ChannelPro_n=3.14 X4a^m w\"  
    2D profile definition, Material: n=3.14 M|d={o9Hp  
    IE2CRBfs  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ]fj-`==  
    2D profile definition, Material: n=1.5 KE<kj$  
    " jT#bIm  
    6.画出以下波导结构: _IWxYp  
    a. Linear waveguide 1 "u_i[[y  
    Label: linear1 1!vPc93 $$  
    Start Horizontal offset: 0.0 ',GV6kt_k  
    Start vertical offset: -0.75 hi!`9k  
    End Horizontal offset: 8.5 R~)ybf{  
    End vertical offset: -0.75 -LTKpN`[@  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ~/2g)IS  
    Width: 1.5 1pK6=-3w3  
    Depth: 0.0 ylu2R0] (  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 5y]io Jc9-  
    [u`6^TycP  
    b. Linear waveguide 2 Y(_KizBY  
    Label: linear2 Wbe0ZnM]  
    Start Horizontal offset: 0.5 9RH"d[%yc}  
    Start vertical offset: 0.05 $xT1 1 ^  
    End Horizontal offset: 1.0 L7]]ZAH!1  
    End vertical offset: 0.05 $/+so;KD  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ,of]J|  
    Width: 0.1 61} i5o  
    Depth: 0.0 /prYSRn8  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 )n( Q  
    .oEbEs  
    7.加入水平平面波: >)NQH9'1  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: T?n -x?e  
    Input field Transverse: Rectangular e # 5BPI  
    X Position: 0.5 YGp)Oy}:  
    Direction: Negative Direction zzJja/mp  
    Label: InputPlane1 Z, T#,  
    2D Transverse: \:Za[6  
    Center Position: 4.5 7NJFWz!  
    Half width: 5.0 wO7t!35  
    Titlitng Angle: 45 <J&7]6Z  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 u`_*g^5q"  
    图2.波导结构(未设置周期)
    }$&xTW_  
    RP! X8~8  
    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。 ,(N[*)G  
    将Linear2代码段修改如下: z\TLsx  
    Dim Linear2 [k$efwJ  
    for m=1 to 8 Ja|{1&J.  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) n *<v]1  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 gzf-)J  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" CE ~@}`  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" G>w+#{(  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Z(e ^iH  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" M&KyA  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" c7K!cfO:{N  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True e)@3m.  
    )K;]y-Us[  
    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。 D//=m=  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    FOH@OY  
    Dz;HAyPj  
    设置仿真参数 d(;4`kd*N  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 M:n6BC>t"  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: Zgamd1DJ[l  
    TE simulation I4=Xb^Ux  
    Mesh Delta X: 0.015 ^A9 M;q  
    Mesh Delta Z: 0.015 !l 6dg&  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 1/;o  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 y 9L14  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 IRW^ok.'b!  
            其它参数保持默认 n?xTkkr0  
    运行仿真 [sy j#  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 j}f[W [2  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 5MF#&v  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ,SUT~oETP  
    ZVih=Y-w  
    远场分析衍射 @?k J).  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” [ MyE2^  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 8)j@aiF`  
    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 3n]79+w@z  
    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) cn`iX(ZgR  
    图4.远场计算对话框
    pQa:pX  
    56}X/u  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: rD &D)w  
    Wavelength: 0.63 ezm&]F`  
    Refractive index: 1.5+0i 7DD&~ZcD  
    Angle Initial: -90.0 f&KdlpxKv  
    Angle Final: 90.0 = QO g 6  
    Number of Steps: 721 )[Z!*am  
    Distance: 100, 000*wavelength p3(2?UO!  
    Intensity kmPYx)o  
    pUYM}&dX  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 eiVC"0-c}  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 12UD19!  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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