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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: h*'d;_(,  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 _<u;4RO(s  
    •光栅布局模拟和后处理分析 >ITEd  
    布局layout $xcv>  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 " Z;uu)NE  
    图1.二维光栅布局
    0ny{)Sd6um  
    *aG"+c6|  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ~u2w`H?V  
    FQ##397  
    步骤: Vi,Y@+4  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 :)LC gIQo  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 `e*61k5  
    Wafer Dimensions: $`Rxn*}V4#  
    Length (mm): 8.5 6H6Law!)  
    Width (mm): 3.0 Gt'/D>FE0  
    #ko6L3Pi  
    2D wafer properties: wi BuEaUkW  
    Wafer refractive index: Air RO$*G jQd  
    3 点击 Profiles 与 Materials. @H4wHlb  
    <{ # <5 8  
    在“Materials”中加入以下材料 V g6S/-  
    Name: N=1.5 C M^r|4 K  
    Refractive index (Re:): 1.5 t[j9R#02?  
    LT& /0  
    Name: N=3.14 .pKN4  
    Refractive index (Re:): 3.14 H` Lu"EK  
    W+/2c4$F3  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: cE 2Rr  
    Name: ChannelPro_n=3.14 5C65v:Q`N  
    2D profile definition, Material: n=3.14 /'"R Mq  
    [$oM  
    Name: ChannelPro_n=1.5 'F<Sf:?.p  
    2D profile definition, Material: n=1.5  2+Vp'5>&  
    rxArTpS{.#  
    6.画出以下波导结构: =ty2_6&>  
    a. Linear waveguide 1 ex:3ua$N  
    Label: linear1 p Mh++H]"  
    Start Horizontal offset: 0.0 'Dq"e$JM<  
    Start vertical offset: -0.75 d>~`j8,B  
    End Horizontal offset: 8.5 T#/11M$uQ  
    End vertical offset: -0.75 XJ _%!  
    Channel Thickness Tapering: Use Default @M9_j{A  
    Width: 1.5 0*{@E%9  
    Depth: 0.0 r=|vad$  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 s1v{~xP  
    }R\B.2#M_@  
    b. Linear waveguide 2 ?Cc$]  
    Label: linear2 LsnXS9_  
    Start Horizontal offset: 0.5 gi '^qi2  
    Start vertical offset: 0.05 #W.bZ]&WA  
    End Horizontal offset: 1.0 5 5a@)>h  
    End vertical offset: 0.05 'oT|cmlc  
    Channel Thickness Tapering: Use Default HK? Foo?  
    Width: 0.1 fA;x{0CAMX  
    Depth: 0.0 np= J:v4  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 bf{Ep=-  
    )y5iH){ !  
    7.加入水平平面波: }el,^~  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 3k`NNA  
    Input field Transverse: Rectangular <)"iL4 kDI  
    X Position: 0.5 ^=3 ^HQ'Zm  
    Direction: Negative Direction &,F elB0*  
    Label: InputPlane1 ~LSy7$rz  
    2D Transverse: p+!f(H  
    Center Position: 4.5 9B& }7kk  
    Half width: 5.0 "hz>{oe  
    Titlitng Angle: 45 *pY/5? g  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Sw/J+FO2  
    图2.波导结构(未设置周期)
    g+VRT, r  
    \gjl^# ;  
    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。 r';Hxa '  
    将Linear2代码段修改如下: }`?7\\6  
    Dim Linear2 7Z9.z 4\  
    for m=1 to 8 O#A8t<f|M  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) E`U &Z  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 V#+126  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" .Ydr[  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" oXvdR(Sb^  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 8a_ UxB  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" <d3PDO@w/  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Q=dw 6  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True /YS@[\j4  
    JvT %R`i  
    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。 8|fLe\"  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    8Ix -i  
    PV5-^Y"v  
    设置仿真参数 PEK.Kt\M  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 >B@i E  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: &E} I  
    TE simulation I3V{"Nx6  
    Mesh Delta X: 0.015 ))8Emk^Q{  
    Mesh Delta Z: 0.015 &h98.A*&  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 6tDg3`w>  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 5)h+(u C3  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 -Y5YCY!`  
            其它参数保持默认 }(8D!XgWa  
    运行仿真 T2;v<(  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 * [iity  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 j=`y  @~  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 `NYF?%  
    GGYX!=]~  
    远场分析衍射 TsoCW]h  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ){?mKB5  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 jAD+:@  
    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 ]b5%?^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) #RCZA4>  
    图4.远场计算对话框
    WsG"x>1n  
    8#NIs@DJ  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: V'Sd[*  
    Wavelength: 0.63 9Ba%=  
    Refractive index: 1.5+0i ~N)( ^ 4  
    Angle Initial: -90.0 * ePDc'   
    Angle Final: 90.0  hg<"Yg=  
    Number of Steps: 721 `</=AY>  
    Distance: 100, 000*wavelength ::^qy^n  
    Intensity 4i ~eTb  
    }z9I`6[  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 vWPM:1A  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 r&H=i  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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