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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: B$c'^ )  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 rG-x 3>b  
    •光栅布局模拟和后处理分析 j}lne^ h  
    布局layout 4WlB Q<5  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 `?&C5*P  
    图1.二维光栅布局
    Nba1!5:M  
    Lniz>gSc  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 CZy!nR!  
    z__{6"^  
    步骤: ,X| >d  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 .4 NcaMj  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 \xOYa  
    Wafer Dimensions: m k~F@  
    Length (mm): 8.5 Cjt].XR@  
    Width (mm): 3.0 r 'ioH"=  
    ?/3{gOgI$`  
    2D wafer properties: 1"A"AMZf  
    Wafer refractive index: Air 9~ V(wG  
    3 点击 Profiles 与 Materials. t`6~ ud>  
    "@+Z1k-8U  
    在“Materials”中加入以下材料 <YG 42,N  
    Name: N=1.5 M;g"rpM  
    Refractive index (Re:): 1.5 /.mx\_$   
    c#9=o;1El  
    Name: N=3.14 "2!5g)iO  
    Refractive index (Re:): 3.14 d<] eJ{  
    <@>icDFEHn  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 4\U"e*  
    Name: ChannelPro_n=3.14 22d>\u+c  
    2D profile definition, Material: n=3.14 mst;q@  
    \J~@r1  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Kr<a6BEv5  
    2D profile definition, Material: n=1.5 [*vR&4mk  
    8N<2RT8W  
    6.画出以下波导结构: tTq2 AR|  
    a. Linear waveguide 1 ]<iD'=a  
    Label: linear1 &)Vuh=  
    Start Horizontal offset: 0.0 ,=u!hg  
    Start vertical offset: -0.75 uMFV^&ZF  
    End Horizontal offset: 8.5 V#&S&dn  
    End vertical offset: -0.75 :y~l?0b&8  
    Channel Thickness Tapering: Use Default z4[ 8*}  
    Width: 1.5 Re;[S[D7  
    Depth: 0.0 FYaBP;@J%  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 6 #jpA.;  
    MR":a T  
    b. Linear waveguide 2  =VSUE Pq  
    Label: linear2 `cmzmQC  
    Start Horizontal offset: 0.5 0#sf,ja>  
    Start vertical offset: 0.05 {bNKyT  
    End Horizontal offset: 1.0 *]S&V'Di  
    End vertical offset: 0.05 B%co`0$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default I&&[ ':  
    Width: 0.1 F{17K$y  
    Depth: 0.0 e>HdJ"S`  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 TwZmZE ?!  
    .L3D]  
    7.加入水平平面波: p?<T _9e  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Cm6%wAzC  
    Input field Transverse: Rectangular 0@jhNtL  
    X Position: 0.5 c_6~zb?k+m  
    Direction: Negative Direction - [vH4~  
    Label: InputPlane1 5F5)Bh  
    2D Transverse: !y;xt?  
    Center Position: 4.5 V*+Z=Y'  
    Half width: 5.0 ]#O~lq  
    Titlitng Angle: 45 KupQtT<  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 yMe;  
    图2.波导结构(未设置周期)
    $gcC}tX  
    Hc-68]T  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 ]%6XE)  
    将Linear2代码段修改如下: D0p>Q^w  
    Dim Linear2 C1(0jUz  
    for m=1 to 8 ^1+=HdN,  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Z2{G{]EV(  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 3B ;aoejHm  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" S4>1d-  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" D"s ]dQ$r  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ;LFs.Jc<  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" :}~B;s0M\  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" I#:4H2H6  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True p M_oIH'8:  
    iy,jq5uw  
    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 Jq'-da  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    I(0 *cWO  
    OR-fC  
    设置仿真参数 FP h1}qS  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 sy+tLDMd  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ^U{SUWl  
    TE simulation <.c#l':  
    Mesh Delta X: 0.015 +m1y#|08  
    Mesh Delta Z: 0.015 \9jvQV/y  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps %b3s|o3An  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 F */J`l  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 >Byxb./*  
            其它参数保持默认 |7E1yu  
    运行仿真 4X:S#z  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 L 3^+`e  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 @xPWR=Lb  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 HF]|>1WV[  
    /UPe@  
    远场分析衍射 r2xIbZ  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” S,2{^X  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 o" e]9{+<  
    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 qHra9yuSh  
    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) GUdVsZjz(  
    图4.远场计算对话框
    .l ufE  
    )U u! x6  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: "~ eF%}.  
    Wavelength: 0.63 tU >?j1  
    Refractive index: 1.5+0i dG*2-v^G  
    Angle Initial: -90.0 &! MV!9$  
    Angle Final: 90.0 md`"zV  
    Number of Steps: 721 8k -l`O~  
    Distance: 100, 000*wavelength V /,F6  
    Intensity 3=xN)j#B  
    +*ZF52hy|  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 |$a!Zx94^  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 q, XRb  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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