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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: %a5t15 9  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 u7HvdLql  
    •光栅布局模拟和后处理分析 'WK;$XQ  
    布局layout 0Cl,8P  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 B &?fM~J  
    图1.二维光栅布局
    vYDSu.C@a  
    R|iEvt  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 m}98bw  
    "K,bH  
    步骤: bFg*l$`5  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 5MxH)~VQoM  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ,j y<o+!  
    Wafer Dimensions: Y %K~w  
    Length (mm): 8.5 6/| 0+G^  
    Width (mm): 3.0 @g4Shlx|  
    20aZI2sk`  
    2D wafer properties: n@ 4@,  
    Wafer refractive index: Air }|Uj"e  
    3 点击 Profiles 与 Materials. %tV32l=  
    / |GT\X4o  
    在“Materials”中加入以下材料 M#xQW`-`  
    Name: N=1.5 wUoiXi09  
    Refractive index (Re:): 1.5 G$C }?"l  
    u FZ~  
    Name: N=3.14 CM9XPr  
    Refractive index (Re:): 3.14 Edw2W8  
    ;K_}A4K  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: }f#_4ACaD  
    Name: ChannelPro_n=3.14 T7 {<arL$  
    2D profile definition, Material: n=3.14 f ba&`  
    &|b4\uj9  
    Name: ChannelPro_n=1.5 I5qM.@%zB  
    2D profile definition, Material: n=1.5 bhD ~ 4Rz  
    ;WD,x:>blO  
    6.画出以下波导结构: EUy(T1Cl&&  
    a. Linear waveguide 1 6PU/{c  
    Label: linear1  GP+2/D  
    Start Horizontal offset: 0.0 XA)'=L!^  
    Start vertical offset: -0.75 ZqQ*}l5  
    End Horizontal offset: 8.5 5;mRGY  
    End vertical offset: -0.75 q\R q!7(  
    Channel Thickness Tapering: Use Default BX[~% iE  
    Width: 1.5  DtWxr  
    Depth: 0.0 CvK3H\.&;k  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 gO='A(Y  
    KlN/\N\  
    b. Linear waveguide 2 :"<e0wDu[  
    Label: linear2 @QdnjXII*  
    Start Horizontal offset: 0.5 v^SsoX>WMH  
    Start vertical offset: 0.05 D`pQ7  
    End Horizontal offset: 1.0 2no$+4+z  
    End vertical offset: 0.05 (wuaxo:  
    Channel Thickness Tapering: Use Default o0ZBi|U\4  
    Width: 0.1 KVR~jF%  
    Depth: 0.0 S`m,S4-eD  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 l!?yu]Yon  
    >{5 p0  
    7.加入水平平面波: ?mx\eX{  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: #G#g|x*V  
    Input field Transverse: Rectangular Icx7.Y  
    X Position: 0.5 Nu^p  
    Direction: Negative Direction |sIr?RL{C  
    Label: InputPlane1 M:|8]y@  
    2D Transverse: 4w4^yQE  
    Center Position: 4.5 m\ S\3n  
    Half width: 5.0 7Xg?U'X  
    Titlitng Angle: 45 M;jcUX_{  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 }D*yr3b  
    图2.波导结构(未设置周期)
    <T+!V-Pj*  
    G:IP? z]  
    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。 &Z;_TN9[  
    将Linear2代码段修改如下: C\}/"  
    Dim Linear2 qMP1k7uG)  
    for m=1 to 8 tY+$$GSQj  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) C ^w)|2o}  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 TL0[@rr4  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" lCIDBBjy^  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 4)kG-[#  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" !eI2 r   
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" $,fy$ Qk,S  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 6C [E  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True < zOi4v0  
    MS3=~*+  
    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。 ' cBBt  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ZU{4lhe  
    a.2L*>p  
    设置仿真参数 X~oK[Nf'9  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 H8{ol6wc)6  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: }TB(7bbd;  
    TE simulation R=]d%L8  
    Mesh Delta X: 0.015 4J0Rv od_  
    Mesh Delta Z: 0.015 :E&g%'1  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps N&,]^>^u  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 [?k8}B)mHB  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 k@dN$O%p  
            其它参数保持默认 ][&9]omB  
    运行仿真 (R!hjw~  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 IkPN?N  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 HKDID[d0  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 rl08 R  
    2]cRXJ7h  
    远场分析衍射 )h{ ]k=  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” =elpH^N  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 MGJ.,tK1  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 a<~77~"4wn  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) he(A3{'  
    图4.远场计算对话框
    %]2, &  
    R?o$Y6}5  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: (kv?33  
    Wavelength: 0.63 ml`8HXK0  
    Refractive index: 1.5+0i yQ,{p@#X8  
    Angle Initial: -90.0 kF"@Ngv.  
    Angle Final: 90.0 _Q[$CcDEE  
    Number of Steps: 721 Gh.[dF?  
    Distance: 100, 000*wavelength @.Ic z  
    Intensity Ej ".axjT  
    ZyrI R  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 \%]I{  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 *z*uEcitW  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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