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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: 'B6D&xn'%&  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 B#sc!eLmU&  
    •光栅布局模拟和后处理分析 u3c e\  
    布局layout 3}Uae#oy  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 u9k##a4.E  
    图1.二维光栅布局
    U4^dDj  
    *i)GoQoB  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 WS2TOAya)  
    Neey myW  
    步骤: d4A}BTs1  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 .>h|e_E  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 }7Pd\tG]  
    Wafer Dimensions: %qN8u Qx  
    Length (mm): 8.5 9u"im+=:  
    Width (mm): 3.0 X @r5^A[9  
    l ^$$d8  
    2D wafer properties: H6e ^" E  
    Wafer refractive index: Air 85Ms*[g  
    3 点击 Profiles 与 Materials. /kNr5s  
    pE15[fJ`  
    在“Materials”中加入以下材料 `(Ei-$ >U&  
    Name: N=1.5 W 6~<7  
    Refractive index (Re:): 1.5 a08B8  
    $mp7IZE|  
    Name: N=3.14 ib uA~\5  
    Refractive index (Re:): 3.14 aJIj%Y$  
    b!_l(2  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: >8jDW "Ua  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ~hP[[?  
    2D profile definition, Material: n=3.14 !)_5z<  
    ^3AJYu  
    Name: ChannelPro_n=1.5 .r]n<  
    2D profile definition, Material: n=1.5 }1Wo#b+  
    0D 0#*J  
    6.画出以下波导结构: ;?%2dv2d  
    a. Linear waveguide 1 YQe @C  
    Label: linear1 iY.~N#Q  
    Start Horizontal offset: 0.0 aLq=%fsV)  
    Start vertical offset: -0.75 `4l>%S8y:  
    End Horizontal offset: 8.5 /rJvw   
    End vertical offset: -0.75 }{E//o:Ta  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 9-pd{Z~l  
    Width: 1.5 QDxLy aL  
    Depth: 0.0 p|Z"< I7p(  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 r_ r+&4n  
    H${Ym BG  
    b. Linear waveguide 2 uyAhN  
    Label: linear2 qY#*zx  
    Start Horizontal offset: 0.5 ; Sh|6  
    Start vertical offset: 0.05 ,gD30Pylz  
    End Horizontal offset: 1.0 cF,u)+2b|6  
    End vertical offset: 0.05 [o|]>(tk  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Ya\G/R  
    Width: 0.1 LhV4 ^\+  
    Depth: 0.0 x-Xb4?{  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 (;Lz `r'  
    L{ .r8wSrI  
    7.加入水平平面波: VwtGHF'  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: o)1wF X  
    Input field Transverse: Rectangular qWQJ>  
    X Position: 0.5 |(y6O5Y.  
    Direction: Negative Direction {jlm]<:&Z  
    Label: InputPlane1 T|9Yo=UK%  
    2D Transverse: y]cx}9~  
    Center Position: 4.5 9DPf2`*$  
    Half width: 5.0 X(E f=:  
    Titlitng Angle: 45 F"B!r-J  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 mb\vHu*53  
    图2.波导结构(未设置周期)
    q@Q|oB0W$)  
    MV=.(Zs  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 t*Lo;]P  
    将Linear2代码段修改如下: !.3 MtXr  
    Dim Linear2 S2j7(T;~YB  
    for m=1 to 8 X ,T^(p  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) uiHlaMf  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Z AZQFr'*  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Nnv&~ D>  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" :(I)+;M}P  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" F(SeD)ml  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Q9W*)gBv n  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 7B7I'{d  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Jz3q Pr  
    t(}&<<1Bz  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 E7*1QR{Q  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    eaF5S'k 4$  
    Wy4v~]xd%  
    设置仿真参数 5<d Y,FvX  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 mHw1n=B  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: .@=d I  
    TE simulation U0)(k}Q)  
    Mesh Delta X: 0.015 ?\^u},HnE|  
    Mesh Delta Z: 0.015 5]'iSrp  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps y fP&Q<|  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 A$1pMG~as  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Qj3UO]>  
            其它参数保持默认 zxwpS  
    运行仿真 )OjbmU!7  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ]G|@F :  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 _L# Tp  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 GI6 EZ}.MZ  
    zRf]SZ(t O  
    远场分析衍射 5!y3=.j  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” D(Xv shQ  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 M~ *E!  
    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 sH+]lTSX6{  
    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) QuF%m^aE  
    图4.远场计算对话框
    TXrC5AJx  
    !pDS*{)E  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Yz%=  
    Wavelength: 0.63 ]YOQIzkL4}  
    Refractive index: 1.5+0i :_^9.`  
    Angle Initial: -90.0 >1joCG~  
    Angle Final: 90.0 9rA3qj%  
    Number of Steps: 721 FK mFjqY  
    Distance: 100, 000*wavelength uP+ j_is  
    Intensity Li<c  
    39k P)cD  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 #uey1I@"9  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 0imz }Z]  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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