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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:  9hbn<Y  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Vdpvo;4uy  
    •光栅布局模拟和后处理分析 _s(izc  
    布局layout zQPQP`  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 wO>P< KBU  
    图1.二维光栅布局
    p bRU"   
    qFV }Y0w  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 xzI?'?duC  
    q!r4"#Y"@Z  
    步骤: G; onJ>  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 VZ o,AP~  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 uaiCyh1:  
    Wafer Dimensions: j B.ZF7q  
    Length (mm): 8.5 D(z}c,  
    Width (mm): 3.0 =.<S3?  
    `fL81)!jI#  
    2D wafer properties: X3# AYn,  
    Wafer refractive index: Air h#EksX  
    3 点击 Profiles 与 Materials. J/-&Fa\(  
    B'@a36  
    在“Materials”中加入以下材料 iUH{rh!  
    Name: N=1.5 rhr(uCp/  
    Refractive index (Re:): 1.5 q-k~L\Ys  
    Ok/U"N-  
    Name: N=3.14 cVR#\OM  
    Refractive index (Re:): 3.14  + f+#W  
    W)OoHpdw  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 94Hs.S)  
    Name: ChannelPro_n=3.14 9hNHcl.  
    2D profile definition, Material: n=3.14 I"_``*/1  
    6Z:swgi6&  
    Name: ChannelPro_n=1.5 @xBw'  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ^ y1P~4w?  
    jdEqa$CXG  
    6.画出以下波导结构: $h)VKW^\  
    a. Linear waveguide 1 "&@v[O)!xu  
    Label: linear1 [WAnII  
    Start Horizontal offset: 0.0 0/g 0=dW=  
    Start vertical offset: -0.75 5VLJ:I?0O  
    End Horizontal offset: 8.5 KcW]"K>p!  
    End vertical offset: -0.75 Q r n^T  
    Channel Thickness Tapering: Use Default O=A(x m#  
    Width: 1.5 q| EE em  
    Depth: 0.0 eHt |O~  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 3%J7_e'  
    rNl` w.  
    b. Linear waveguide 2 0</]Jo%  
    Label: linear2 CSBk  
    Start Horizontal offset: 0.5 6q8b>LG|  
    Start vertical offset: 0.05 >axf_k  
    End Horizontal offset: 1.0 / }tMb  
    End vertical offset: 0.05 _$f XK  
    Channel Thickness Tapering: Use Default hj<h]dhp  
    Width: 0.1 kv)IG$S 0  
    Depth: 0.0 j,%<16f^A  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 x9lG$0k:V  
    X / {;  
    7.加入水平平面波: }ag -J."5M  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: tt%lDr1A)  
    Input field Transverse: Rectangular ;`(l)X+7  
    X Position: 0.5 FFvF4]|L  
    Direction: Negative Direction hG8 !aJo  
    Label: InputPlane1 <"SOH; w  
    2D Transverse: KK|AXoBf  
    Center Position: 4.5 13lJq:bM  
    Half width: 5.0 "y5LojdCs  
    Titlitng Angle: 45 $ M8ZF(W  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 AD=qB5:  
    图2.波导结构(未设置周期)
    P%nN#Qm  
    yH:gFEJ:x  
    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。 ([+u U!  
    将Linear2代码段修改如下: jH4'jB  
    Dim Linear2 }5I+VY7a  
    for m=1 to 8 .0gF&>I}  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) b;AGw3SF  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 6(9S'~*'R  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" o;#9$j7QP!  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ux 7^PTgcO  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" *$4EXwt'  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" H`XE5Hk)P%  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" -76l*=|  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ,o\-'   
    RdtF5#\z  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 `RriVYc<  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    b_p/ 1W:  
    gFx2\QV  
    设置仿真参数 R54wNm @  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 GIyb0XjTw  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ,$xV&w8f\"  
    TE simulation oOj7y>Nm  
    Mesh Delta X: 0.015 "G+g(?N]j  
    Mesh Delta Z: 0.015 h>A~..  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ;]/emw=a  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Z fQzA}QD  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 >;9+4C<z0  
            其它参数保持默认 pm.Zc'23  
    运行仿真 x)h|!T=B~  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 j\o<r0I  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ("+J*u*kq_  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 @Ft\~ +}  
    5,;>b^gXY`  
    远场分析衍射 bIR&e E  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 1F*3K3T {  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Rx}*I00  
    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 &ml7368@  
    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) l4:5(1  
    图4.远场计算对话框
    I>(3\z4s  
    ZYi."^l  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: :nYnTo`  
    Wavelength: 0.63 W'B=H1  
    Refractive index: 1.5+0i p#yq'kY  
    Angle Initial: -90.0 sFvu@Wm'7W  
    Angle Final: 90.0 PU"C('AP  
    Number of Steps: 721 R;6$lO8C&  
    Distance: 100, 000*wavelength D (>,#F  
    Intensity |6ZH+6[  
    VX;br1$X  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 gYtv`O  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 dE`a1H%  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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