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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: \p%3vRwS%p  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 T)\"Xj  
    •光栅布局模拟和后处理分析 9M"].~iNE  
    布局layout S.!UPkWH  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 j5I`a 1j`  
    图1.二维光栅布局
    zS] 8V?`  
    t20PP4FWM  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 $H$j-)\D  
    /pp1~r.s?>  
    步骤: ;l}- Z@! /  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 _4cvX  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 kF>o.uSV  
    Wafer Dimensions: 5{$LsL  
    Length (mm): 8.5 sKyPosnP  
    Width (mm): 3.0 {-BRt)L[  
    CIVnCy z  
    2D wafer properties:  )J?{+3  
    Wafer refractive index: Air -+t]15  
    3 点击 Profiles 与 Materials.  X\}Y  
     s}onsC  
    在“Materials”中加入以下材料 TE )gVE]  
    Name: N=1.5 Y wkyq>Rv  
    Refractive index (Re:): 1.5 7H>@iI"?  
    yPw'] "  
    Name: N=3.14 ;L&TxO>#J  
    Refractive index (Re:): 3.14 t*@z8<H  
    +y 87~]]  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: !`bio cA  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Z0De!?ALV\  
    2D profile definition, Material: n=3.14 sE{pzPq!  
    5'a3huRtV  
    Name: ChannelPro_n=1.5 #P#-xz  
    2D profile definition, Material: n=1.5 &Z?ut *%S  
    a?YCn!  
    6.画出以下波导结构: JY!l!xH(6  
    a. Linear waveguide 1 U:F/ iXz  
    Label: linear1 8P: Rg%0)  
    Start Horizontal offset: 0.0 =uDgzdDyE  
    Start vertical offset: -0.75  fI\9\x  
    End Horizontal offset: 8.5 `"@X.}\  
    End vertical offset: -0.75 _lW+>xQ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default a(]`F(L  
    Width: 1.5 .Wi{lt  
    Depth: 0.0 `pd&se'p  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 g]UBZ33y  
    PCnQ_A-Q  
    b. Linear waveguide 2 aCV4AyG  
    Label: linear2 9z?oB&5  
    Start Horizontal offset: 0.5 lt$zA%`odc  
    Start vertical offset: 0.05 ~el3I=KC}  
    End Horizontal offset: 1.0 pdd/D  
    End vertical offset: 0.05 $(Ugtimdv  
    Channel Thickness Tapering: Use Default i* R,QN)  
    Width: 0.1 OdI\B   
    Depth: 0.0 )rLMIk  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 BK,sc'b  
    .k4W_9  
    7.加入水平平面波: |lH;Fq{\  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: drwgjLC+  
    Input field Transverse: Rectangular ;d$qc<2uA  
    X Position: 0.5 :ug4g6;#H0  
    Direction: Negative Direction p1c3Q$>i  
    Label: InputPlane1 FZiW|G  
    2D Transverse: c.\O/N   
    Center Position: 4.5 G1 o70  
    Half width: 5.0 I &*_,d  
    Titlitng Angle: 45 ?t@v&s  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 hl&-\dc+  
    图2.波导结构(未设置周期)
    +MK6zf  
    iA_8(Yo  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 -oz`"&%  
    将Linear2代码段修改如下: ECa$vvK m  
    Dim Linear2 TgU**JN)  
    for m=1 to 8 ')S;[=v  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ZWV|# c<G  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 T2 ?HRx  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" t)oapIeIe  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Q '(ihUq*k  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" aKF*FFX  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Y<\^ 7\[x  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" CGw--`#\  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True m xw dugr`  
    *p ? e.%nd  
    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。 !\[+99F#  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    =R*Gk4<Y  
    gJ2 H=#M  
    设置仿真参数 3-40'$lE  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 RANPi\]  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: `P+(&taT  
    TE simulation D}Ilyk_uUw  
    Mesh Delta X: 0.015 q&'Lbxc>c  
    Mesh Delta Z: 0.015 P];JKE%  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 0@1:M  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ~$O1`IT  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 bAxTLIf  
            其它参数保持默认 e`{0d{Nd  
    运行仿真 6*GjP ;S =  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 MQ][mMM;w  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 !Q-wdzsp?  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 4aZCFdc  
    ?3sT" r_d@  
    远场分析衍射 $7I] `Jt  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” B'>*[!A  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Oi:JiD=  
    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 e{G_GycH  
    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) KiLvI,9y  
    图4.远场计算对话框
    %IpSK 0<Sp  
    d&:H&o)T!  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: w'Z!;4E0  
    Wavelength: 0.63 ^>~dlS  
    Refractive index: 1.5+0i t\j!K2  
    Angle Initial: -90.0 a ib}`l  
    Angle Final: 90.0 &J"YsY  
    Number of Steps: 721 =.m6FRsU  
    Distance: 100, 000*wavelength nR5bs;gk"  
    Intensity mp `PE=  
    2?i\@r@E|  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ){Z  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 n~z\?Y=*  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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