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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: TXDb5ZCzM  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 50Kv4a"  
    •光栅布局模拟和后处理分析 `J}-U\4F{  
    布局layout Zt7Gf  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 VdfV5"  
    图1.二维光栅布局
    w]Fi:kV  
    r!,/~~m T  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 KDmzKOl  
    ~ ""?:  
    步骤: G"'[dL)N>  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 oP0ZJK&;  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 n!>#o 1Qr  
    Wafer Dimensions: ^HM9'*&KJ  
    Length (mm): 8.5 e52y}'L  
    Width (mm): 3.0 (wtw1E5X  
    i( l'f#  
    2D wafer properties: `Y5{opG7-  
    Wafer refractive index: Air EgY yvS)  
    3 点击 Profiles 与 Materials. F]"Hs>  
    j& x=?jX  
    在“Materials”中加入以下材料 ncy?w e  
    Name: N=1.5 A` iZ"?  
    Refractive index (Re:): 1.5 )ZP-t!).G#  
    .!&S{;Vv?W  
    Name: N=3.14 oB8x_0#n  
    Refractive index (Re:): 3.14 [61T$.  
    \a|bx4M  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: nG dEJ  
    Name: ChannelPro_n=3.14 XJ.ERLR.  
    2D profile definition, Material: n=3.14 nYv`{0S+m  
    VIi/=mO]  
    Name: ChannelPro_n=1.5 yN Bb(!u  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ?g5u#Q> !  
    t'F_1P^*/  
    6.画出以下波导结构: -1>$3-ur~  
    a. Linear waveguide 1 KJf~9w9U  
    Label: linear1 5%5z@Ka  
    Start Horizontal offset: 0.0 @A-^~LoP.  
    Start vertical offset: -0.75 pOz4>R  
    End Horizontal offset: 8.5 YyZ>w2_MTi  
    End vertical offset: -0.75 BW61WH?  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Q;3 v ]h_  
    Width: 1.5 xg>AW Q  
    Depth: 0.0 >cEB ,@~  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 @fVCGV?'  
    .L X8ko  
    b. Linear waveguide 2 hR]AUH  
    Label: linear2 ^6Std x_  
    Start Horizontal offset: 0.5 ]q2g[D o5  
    Start vertical offset: 0.05 J6) &b7  
    End Horizontal offset: 1.0 A>c/q&WUk  
    End vertical offset: 0.05 N]k(8K  
    Channel Thickness Tapering: Use Default #78P_{#!  
    Width: 0.1 9b0M'x'W5  
    Depth: 0.0 kr_!AW<.tz  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 gmY*}d` 'f  
    zJp@\Yo+  
    7.加入水平平面波: eqL~h1^Co  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 77Fpb?0`  
    Input field Transverse: Rectangular \G}$+  
    X Position: 0.5 l^F%fIRp)  
    Direction: Negative Direction @"`{gdB$  
    Label: InputPlane1 LQnkpy3A  
    2D Transverse: ^rKA=siz  
    Center Position: 4.5 R`RLq1WA  
    Half width: 5.0 B f_oIc  
    Titlitng Angle: 45 nA\9UD<G.  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 LE|*Je3a  
    图2.波导结构(未设置周期)
    -%U 15W;  
    Tu'/XUs;k  
    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。 O@ GEl  
    将Linear2代码段修改如下: 8"#Ix1#  
    Dim Linear2 4RH'GnLa  
    for m=1 to 8 WG{mg/\2(C  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) q]\bJV^/U  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 G*;}6 bj|?  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 9P3jx)K  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" "\'g2|A  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" o@o6<OP^  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" e%v<nGN.-  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" +b7}R7:AFH  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True _Gf.1Bsf@S  
    V0gk8wD  
    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。 ">n38:?R  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    C6XTId=y#_  
    uh~/ybR  
    设置仿真参数 Uf`lGGM  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 y1JxAj  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: RsYn6ozb  
    TE simulation 5ml^3,x  
    Mesh Delta X: 0.015 P}%0YJ$6  
    Mesh Delta Z: 0.015 _)7dy2%{q  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps U#O 6l-xe]  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 gDw:Z/1X`  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 s_=/p5\  
            其它参数保持默认 ,_ XDCu @  
    运行仿真 iI[Z|"a21  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 H:X=v+W  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 wo>srZs  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 wp!<u %  
    <"uT=]wZ=  
    远场分析衍射 3gW4\2|T  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ({ 7tp!@  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 FQR{w  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 kF9T 9  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) C^@.GA  
    图4.远场计算对话框
    *-timVlaE  
    |S5N$[  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: U}xQUFT|  
    Wavelength: 0.63 zX-6]j;  
    Refractive index: 1.5+0i o0~+%&  
    Angle Initial: -90.0 sW~Z?PFP  
    Angle Final: 90.0 Ge+&C RhyX  
    Number of Steps: 721 B)F2SK<@  
    Distance: 100, 000*wavelength u"K-mr#$[o  
    Intensity 4]N`pD5  
    n% w36_  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 um@RaU  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 C7(kV{h$d  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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