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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: N0be=IO5#  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 !B==cNq  
    •光栅布局模拟和后处理分析 %0]vW;Q5  
    布局layout (wmMHo|  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ;!<WL@C~  
    图1.二维光栅布局
    =RR225  
    S~1>q+<Q  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 K 7)1wiEj  
    Vp $]  
    步骤: Si<9O h  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 nZ>bOP+,  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 t<O5_}R%d  
    Wafer Dimensions: 9I>+Q&   
    Length (mm): 8.5 /^~3Ib8Fw+  
    Width (mm): 3.0 ~Mv@Bl  
    |]a =He;  
    2D wafer properties: q# W|*kL3  
    Wafer refractive index: Air L&1VPli  
    3 点击 Profiles 与 Materials. QDlEby m  
    !g /&ws&  
    在“Materials”中加入以下材料 EG5'kYw2  
    Name: N=1.5 iw6qNV:\Z  
    Refractive index (Re:): 1.5 }$W4aG*[  
    xq:.|{HUk  
    Name: N=3.14 DpIv <m]  
    Refractive index (Re:): 3.14 \F%5TRoC  
    **rA/*Oc  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: U^4 /rbQ  
    Name: ChannelPro_n=3.14  ^o+}3=  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ^(I4Do~}  
    lkf(t&vL2  
    Name: ChannelPro_n=1.5 aG7QLCL  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ~U&,hFSPY  
    UhCE.# U  
    6.画出以下波导结构: RQI?\?o  
    a. Linear waveguide 1 H{'<v|I  
    Label: linear1 R}F0_.  
    Start Horizontal offset: 0.0 ` bd  
    Start vertical offset: -0.75 $ WAFr  
    End Horizontal offset: 8.5 .$+]N[-=  
    End vertical offset: -0.75 PF@+~FI  
    Channel Thickness Tapering: Use Default u-Pa:wm0-  
    Width: 1.5 >{i/LC^S  
    Depth: 0.0 b:.aZ7+4  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 A87JPX#R?  
    n(.y_NEgV!  
    b. Linear waveguide 2 9I8{2]  
    Label: linear2 ; >3q@9\D  
    Start Horizontal offset: 0.5 W B)<B  
    Start vertical offset: 0.05 M:|Z3p K  
    End Horizontal offset: 1.0 _aVrQ@9  
    End vertical offset: 0.05 I|lz;i}$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default *)k}@tY  
    Width: 0.1 ][- N<  
    Depth: 0.0 i"%X[(U7  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Tl=cniy]  
    e Ll+F%@  
    7.加入水平平面波: `e]L.P_e?  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: O(;K ]8  
    Input field Transverse: Rectangular Y - 6 ?x  
    X Position: 0.5 D.o|pTZ  
    Direction: Negative Direction Vh^fbv`?  
    Label: InputPlane1 kM5N#|!  
    2D Transverse: 2?ac\c6"  
    Center Position: 4.5 Z<ozANbk  
    Half width: 5.0 9;s:Bo  
    Titlitng Angle: 45 5Jq~EB{"  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 %pgie"k   
    图2.波导结构(未设置周期)
    V| b9zHh  
    D8N}*4S  
    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。 8;;!2>N  
    将Linear2代码段修改如下: 1a 3rA  
    Dim Linear2 ?ix--?jl  
    for m=1 to 8 Qj~m;F!  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 7P O3{I  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 cVJ"^wgBt  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ')t :!#  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" emOd<C1A  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Yu-e |:  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ![3#([>4>  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ]&\HAmOQS  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 8 $0D-z  
    Mit,X  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 -_Pd d[M  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    b'Qia'a%  
    B PTQm4TN  
    设置仿真参数 C%d\DuJ5'~  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 [hA%VF.9  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: s42M[BW]  
    TE simulation duB{ 1  
    Mesh Delta X: 0.015 ^]w!ow41  
    Mesh Delta Z: 0.015 J]/TxUE  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ES!$JWK|  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 c^vP d]Ed  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 x@I*(I  
            其它参数保持默认 D"0:n.  
    运行仿真 %eWzr  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 $E3- </ f  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 D-e0q)RSU  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 =LV7K8FSd  
    =; Gw=m(  
    远场分析衍射 ,dn9tY3  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” n4Nb,)M  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 n/#zx:d?  
    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 t!RR5!  
    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) 0 3fCn"  
    图4.远场计算对话框
    bVmHUcR0  
    @5N^^B  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: z(2pl}  
    Wavelength: 0.63 dfY(5Wc+f  
    Refractive index: 1.5+0i _@9[c9bO  
    Angle Initial: -90.0 &v|Uy}h&%1  
    Angle Final: 90.0 >Jh*S`e  
    Number of Steps: 721 i2KN^"v?N  
    Distance: 100, 000*wavelength X.hU23w  
    Intensity IWcgh`8  
    l+!!S"=8)~  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 .zQ:u{FT  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 IvGQ7 VLr  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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