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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: $ r@zs'N  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 f@wquG'  
    •光栅布局模拟和后处理分析 @=}0`bE  
    布局layout rr],DGg+B]  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。  M^=zt  
    图1.二维光栅布局
    wDal5GJp  
    FXG]LoP  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 3Ei#q+7  
    &[?\k>  
    步骤: un mJbY;t  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 KOk4^#h@  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 '}53f2%gKa  
    Wafer Dimensions: 'uS n}hm  
    Length (mm): 8.5 -A^_{4X  
    Width (mm): 3.0 5y.WMNNv{  
    uP)'FI  
    2D wafer properties: u&Yz[)+b=g  
    Wafer refractive index: Air dd%6t  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 3w*R&  
    vxBgGl  
    在“Materials”中加入以下材料 EIP /V  
    Name: N=1.5 X:"i4i[}{9  
    Refractive index (Re:): 1.5 x}Eg.S  
    cJ= 6r :  
    Name: N=3.14 v!~fs)cdE|  
    Refractive index (Re:): 3.14 r,73C/*&/  
    i &nSh ]KK  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: :'X&bn  
    Name: ChannelPro_n=3.14 {L{o]Ii?g  
    2D profile definition, Material: n=3.14 nV|EQs4(  
    @1roe G  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Ju@c~Xm  
    2D profile definition, Material: n=1.5 nfbR P t  
    Tv,[DI +  
    6.画出以下波导结构: ,q`\\d  
    a. Linear waveguide 1 Mq156TL  
    Label: linear1 D0-3eV -  
    Start Horizontal offset: 0.0 "<N*"euH  
    Start vertical offset: -0.75 AlaW=leTe  
    End Horizontal offset: 8.5 ]m3HF&  
    End vertical offset: -0.75 oWT3apGO  
    Channel Thickness Tapering: Use Default IVY]EkEG~  
    Width: 1.5 Qz1E 2yJ  
    Depth: 0.0 =4YhG;%  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 0 1rK8jX  
    yS'I[l  
    b. Linear waveguide 2 6P l<'3&  
    Label: linear2 (=AWOU+  
    Start Horizontal offset: 0.5 -=Q*Ml#I  
    Start vertical offset: 0.05 m.rmM`  
    End Horizontal offset: 1.0 q6luUx,@m  
    End vertical offset: 0.05 N#_H6TfMG  
    Channel Thickness Tapering: Use Default `4J$Et%S  
    Width: 0.1 F v2-(  
    Depth: 0.0 h7Kzq{$  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 tXs\R(?T  
    m+[Ux{$  
    7.加入水平平面波: IFL*kB   
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ydA8wL  
    Input field Transverse: Rectangular lTgjq:mn  
    X Position: 0.5 ""G'rN_=Bi  
    Direction: Negative Direction U?Zq6_M&  
    Label: InputPlane1 (y~TL*B  
    2D Transverse: $qnZl'O>  
    Center Position: 4.5 &U#|uc!+  
    Half width: 5.0 sY&IquK^  
    Titlitng Angle: 45 Ee! 4xg  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 .|70;  
    图2.波导结构(未设置周期)
    5|s\* bV`  
    Xl#ggub?  
    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。 aB&&YlR=n<  
    将Linear2代码段修改如下: AQvudx)@"  
    Dim Linear2 k="i;! G e  
    for m=1 to 8 F^;ez/Gl  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) |u<7?)mp  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 R&k<AZ  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" m<Dy<((_I  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" LU%E:i|  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" }&J q}j  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" L#sMSVC+  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" qo bc<-  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 1>h]{%I  
    $%#!bV  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 fIU#M]Xx  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    aX'*pK/-  
    ?N9uu4  
    设置仿真参数 JK5gQ3C[  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 mz0X3  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ?CPahU  
    TE simulation bq*eH (qx  
    Mesh Delta X: 0.015 n{mfn *r.  
    Mesh Delta Z: 0.015 gjDHo$  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 0aB;p7~&  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 H*CW1([  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 rjYJs*#  
            其它参数保持默认 oap4rHk}  
    运行仿真 )Ql%r?(F+  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 jQB9j  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 /h3RmUy   
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 p<"mt]  
    &V/Mmm T  
    远场分析衍射 1mG-}  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” _-g&PXH  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 eeB{c.#  
    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 ZUd-<y  
    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) }o`76rDN  
    图4.远场计算对话框
    3 Za}b|  
    [{,1=AB  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ~Mxvq9vaD  
    Wavelength: 0.63 T_4/C2  
    Refractive index: 1.5+0i wnC81$1l~  
    Angle Initial: -90.0 *$g-:ILRuZ  
    Angle Final: 90.0 }5"u[Z.  
    Number of Steps: 721 C~/a-  
    Distance: 100, 000*wavelength wFZP,fQ9l  
    Intensity vEJbA  
    0L52#;?Si"  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 /%^#8<=|U  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 'D1xh~  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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