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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: N3?@CM^hHw  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 xq\A TON  
    •光栅布局模拟和后处理分析 B<6Ye9zuG  
    布局layout ~-zch=+u  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 (f>~+-IL  
    图1.二维光栅布局
    m+'vrxTY  
    $i.)1.x  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 L_QJS2  
    '.1_anE]  
    步骤: s2;b-0  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 (^ ;Fyf/  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 yp\s Jc`  
    Wafer Dimensions: V>:ubl8j0l  
    Length (mm): 8.5 2-x#|9  
    Width (mm): 3.0 hkoCbR0}8  
    1@ .Eh8y  
    2D wafer properties: sJB::6+1(|  
    Wafer refractive index: Air Gk2R:\/Y  
    3 点击 Profiles 与 Materials. %:vMD  
    3e7P w`gLl  
    在“Materials”中加入以下材料 # 25%17  
    Name: N=1.5 6y}|IhX?z  
    Refractive index (Re:): 1.5 C">w3#M%  
    .7v .DR>  
    Name: N=3.14 XXA1%Lw%  
    Refractive index (Re:): 3.14 CH4 ~9mmE  
    \SQwIM   
    4.在“Profile”中定义以下轮廓:  b@m\ca  
    Name: ChannelPro_n=3.14 1GI/gc\  
    2D profile definition, Material: n=3.14 j_Q kw ?   
    NZ=`iA8)X  
    Name: ChannelPro_n=1.5 9>1Gj-S2:  
    2D profile definition, Material: n=1.5 4Y:[YlfD.  
    ,+hH|$  
    6.画出以下波导结构: m[%*O#_  
    a. Linear waveguide 1 Yk!TQY4  
    Label: linear1 T~JE.Y3B3  
    Start Horizontal offset: 0.0 M qG`P  
    Start vertical offset: -0.75 v\3}5v%YI  
    End Horizontal offset: 8.5 ">hOD'PG  
    End vertical offset: -0.75 XLxr@1   
    Channel Thickness Tapering: Use Default `/\Z{j0_  
    Width: 1.5 ^oT!%"\  
    Depth: 0.0 5\\a49k.p  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 N]iu o.  
    !i77v, (#|  
    b. Linear waveguide 2 eV)'@ 8p  
    Label: linear2 }vspjplk^  
    Start Horizontal offset: 0.5 C=uYX"  
    Start vertical offset: 0.05 k7\ ,N o}  
    End Horizontal offset: 1.0 K6X}d,g  
    End vertical offset: 0.05 U-0A}@N  
    Channel Thickness Tapering: Use Default hA!kkNqV  
    Width: 0.1 F|3iKK022  
    Depth: 0.0 oP 4z>  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 WjVj@oC  
    -T+7u  
    7.加入水平平面波: >Qg 9KGk'  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: D`C#O 7.N  
    Input field Transverse: Rectangular 6 7{>x[  
    X Position: 0.5 jDwLzvM O  
    Direction: Negative Direction g&oAa;~o  
    Label: InputPlane1 Sp>v`{F  
    2D Transverse: c>3AR17+5  
    Center Position: 4.5 r#;GVJR6  
    Half width: 5.0 |A0)-sVZ  
    Titlitng Angle: 45 *sbZ{{]e  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 t/`~(0F  
    图2.波导结构(未设置周期)
    !0k'fYCa  
    W$bQS!7y  
    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。 X:1&Pdi  
    将Linear2代码段修改如下: KqNbIw*sR  
    Dim Linear2 * c1)x  
    for m=1 to 8 MR{JMo=r  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) LqA&@  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 U1!#TD)@  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ?cRGdLP'D  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" yoc;`hO-  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" zXRq) ;s  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" CW)JS3}W"  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ~?#B(t  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True rrL gBeQa  
    Tb@r@j:V  
    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。 ^}PG*h|  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Jv+N/+M47  
    1q7Y,whp  
    设置仿真参数 o&Vti"fpC  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 8uZM%7kI6+  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: |0Y: /uL#)  
    TE simulation UG5AF Z\  
    Mesh Delta X: 0.015 H/?@UJ5m  
    Mesh Delta Z: 0.015 `{GI^kgJ9  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps yur5" $n  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 o6 l CP&  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 .nG14i7C  
            其它参数保持默认 yJRqX]MLA  
    运行仿真 6";ew:Ih^  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 *\!>22*  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 `EJ.L6j$'  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 U-mZO7y!  
    uZ/XI {/  
    远场分析衍射 }\$CU N  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” T>cO{I  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 (Q4hm]<  
    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 _< LJQ  
    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) `k]2*$%  
    图4.远场计算对话框
    mN&B|KWU  
    YQ7\99tj  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Ua2waA  
    Wavelength: 0.63 P1u(0t  
    Refractive index: 1.5+0i ]o<&Q52|  
    Angle Initial: -90.0 jo}yeGbU  
    Angle Final: 90.0 FJCLK#-  
    Number of Steps: 721 ]I<w;.z  
    Distance: 100, 000*wavelength t3(~aH  
    Intensity !-cK@>.pE  
    m*f"Y"B.1I  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 T?+%3z}8  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 D<wz%*  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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