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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: Ny$N5/b!!  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 b2^O$ l  
    •光栅布局模拟和后处理分析 be]Zx`)k  
    布局layout M1eM^m8U  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 gMPvzBpP  
    图1.二维光栅布局
    M y!;N1  
    t; @T~%  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 qhmA)AWG>  
    ,IPryI   
    步骤: {tuGkRY2 ~  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 E8.1jCL>{"  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ,Qt2?  
    Wafer Dimensions: KkSv2 3In  
    Length (mm): 8.5 % O*)'ni  
    Width (mm): 3.0 ?^U1~5ff)  
    rW2l+:@c  
    2D wafer properties: ~"cqFdnO  
    Wafer refractive index: Air .G>6_n3  
    3 点击 Profiles 与 Materials. -l <[CI  
    Aj+0R?9tG  
    在“Materials”中加入以下材料 ei @$_w*TH  
    Name: N=1.5 +L pMNnl6  
    Refractive index (Re:): 1.5 /< \do 1  
    gFxaUrZA  
    Name: N=3.14 Cp]q>lM"  
    Refractive index (Re:): 3.14 T*#<p;  
    ~g&Gi)je  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: -V52?Hq  
    Name: ChannelPro_n=3.14 \; zix(N[5  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Gu%}B@4^  
    AE4>pzBe  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Zv8G[(  
    2D profile definition, Material: n=1.5 b\+9#)Up@  
    F"a31`L>H  
    6.画出以下波导结构: ~GjM:*  
    a. Linear waveguide 1 9]|G-cyt  
    Label: linear1 2w:cdAv$  
    Start Horizontal offset: 0.0 ETaLE[T%1  
    Start vertical offset: -0.75 A w)P%r  
    End Horizontal offset: 8.5 %loe8yt  
    End vertical offset: -0.75 1y.!x~Pi,  
    Channel Thickness Tapering: Use Default (C hL$!x  
    Width: 1.5 =mh)b]].4\  
    Depth: 0.0 !{4bC  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 EYU3Pl%  
    FhMl+Ou  
    b. Linear waveguide 2 R1\$}ep^  
    Label: linear2 3qq 6X?y*  
    Start Horizontal offset: 0.5 *Ui>NTl  
    Start vertical offset: 0.05 _pR7sNeV  
    End Horizontal offset: 1.0 vLh,dzuo  
    End vertical offset: 0.05 #VM-\02o  
    Channel Thickness Tapering: Use Default >=ng?  
    Width: 0.1 'q{|p+  
    Depth: 0.0 }'Yk#Q  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 1ogh8%  
    e[J0+ x#;r  
    7.加入水平平面波: 3,{tGNl|  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: q/t~`pH3  
    Input field Transverse: Rectangular A[X~:p.^G  
    X Position: 0.5 VTxLBFK;  
    Direction: Negative Direction RLX?3u&  
    Label: InputPlane1 .\b# 0w  
    2D Transverse: LxxFosi8  
    Center Position: 4.5 X&({`Uw<K  
    Half width: 5.0 `xd{0EvF  
    Titlitng Angle: 45 JheF}/Bx  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 H He~OxWg  
    图2.波导结构(未设置周期)
    )6Qk|gIu(  
    #[ hJm'G  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 F#$[jh$  
    将Linear2代码段修改如下: w(vda0  
    Dim Linear2 [lX3":)  
    for m=1 to 8 :1\QM'O  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) KRh95B GU  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 3QzHQU  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" C~a- R#  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" xt"GO  b  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" \!,@pe_  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" c`h/x>fa  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" (@1*-4l  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True l/w<R  
    I!sB$=n  
    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。 xYCX}bksh  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ^gD%#3>X  
    >E`p@ e+  
    设置仿真参数 -964#>n[  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 4`#3p@-  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: RAW(lZ(  
    TE simulation f*^)0Po  
    Mesh Delta X: 0.015 yp:_W@  
    Mesh Delta Z: 0.015 TGe{NUO  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 7I_lTu(  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 4#BoS9d2I<  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 =+j>?Yi  
            其它参数保持默认 `* =Tf  
    运行仿真 @dj 2#  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 +aWI"d--h  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ^?)o,djY&  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 '9MtIcNb  
    :D'#CoBA  
    远场分析衍射 E)dV;1t  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” h[0,/`qb{  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 F! ;0eS"xp  
    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 ~rX2oLw{&  
    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) dM1)wkbET  
    图4.远场计算对话框
    /U#{6zeM[,  
    n)7olP0p  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: w3=Bj  
    Wavelength: 0.63 9\]%N;;Lo  
    Refractive index: 1.5+0i OyG$ ]C  
    Angle Initial: -90.0 .iB?:  
    Angle Final: 90.0 )TBG-<wt  
    Number of Steps: 721 =-c"~4  
    Distance: 100, 000*wavelength `_6!nk q8  
    Intensity Tv& -n  
    5Q.bwl:  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 <|s9@;(I  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 uwl;(zwh_  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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