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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: !@z9n\Yj  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 voZaJ2ho/O  
    •光栅布局模拟和后处理分析 neEqw +#Z  
    布局layout A[P7hMn  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 !&U75FpN}:  
    图1.二维光栅布局
    %pZT3dcK  
    ZcA"HD%  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 `q}D#0  
    r9f- C  
    步骤: TXB!Y!RG#  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 (Q{JI~P  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 HS=w9:,  
    Wafer Dimensions: Rxy|Ag/I;V  
    Length (mm): 8.5 o#FctM'Z  
    Width (mm): 3.0 B;bP~e>W  
     U#f*  
    2D wafer properties: lg|6~=aQ  
    Wafer refractive index: Air i3 js'?7E  
    3 点击 Profiles 与 Materials. lr&2,p<  
    ei2?H;H;  
    在“Materials”中加入以下材料 jnV#Q ;  
    Name: N=1.5 {A}T^q!m]  
    Refractive index (Re:): 1.5 r,eH7&P9{  
    }%KQrlbHJl  
    Name: N=3.14 &tOo[U?  
    Refractive index (Re:): 3.14 rbf5~sw&8+  
    h x^@aI  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓:  ZPf&4#|  
    Name: ChannelPro_n=3.14 R5sEQ| E  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ( %sf wv  
    B~o3Z  
    Name: ChannelPro_n=1.5 x.gzsd  
    2D profile definition, Material: n=1.5 5T/+pC$e=  
    -t_&H\_T  
    6.画出以下波导结构: [CHN3&l-5S  
    a. Linear waveguide 1 z{R Mb  
    Label: linear1 @Hj]yb5  
    Start Horizontal offset: 0.0 r%: :q^b3  
    Start vertical offset: -0.75 }ll&EB  
    End Horizontal offset: 8.5 0Y`+L6&UX  
    End vertical offset: -0.75 2-S}#S}2C  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ^3HSw ?a"  
    Width: 1.5 `@ Z$+  
    Depth: 0.0 e ,XT(KY  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 &'\-M6GW  
    K%9!1'  
    b. Linear waveguide 2 ?r;F'%N=  
    Label: linear2 %~eu&\os  
    Start Horizontal offset: 0.5 dhLd2WSyH  
    Start vertical offset: 0.05 jhT/}"v  
    End Horizontal offset: 1.0 E2hML  
    End vertical offset: 0.05 ca &zYXy  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Jn(|.eT|  
    Width: 0.1 ; <- f  
    Depth: 0.0 .yDR2 sW  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 h<IAH Cz;(  
    8f,",NCgc  
    7.加入水平平面波: &*Z)[Bl  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: >>=zkPy  
    Input field Transverse: Rectangular ,9OER!$y  
    X Position: 0.5 T&dc)t`o  
    Direction: Negative Direction }T%E;m-  
    Label: InputPlane1 #E4oq9{0*W  
    2D Transverse: ,*$Y[UT  
    Center Position: 4.5 EhW@iYL  
    Half width: 5.0 W__$ i<1  
    Titlitng Angle: 45 '<"%>-^Gn  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 >U:-U"rA?  
    图2.波导结构(未设置周期)
    "97sH_ ,  
    mv<cyWp  
    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。 fN`Prs A  
    将Linear2代码段修改如下: USE!  
    Dim Linear2 (>Sy,  
    for m=1 to 8 T+V:vuK  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 45+kwo0  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 hzV%QDUpe  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" n`Ypv{+ {%  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" } BP.t$_  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" @ /e{-Q  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" P@etT8|V  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" &sq q+&ao  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Dmtsu2o  
    RZvRV?<bR  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 ylmVmHmc  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    S{cK~sZj  
    +SFo2Wdr43  
    设置仿真参数 2J(,Xf  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 .>5E 4^$%  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ?.I1"C,#VJ  
    TE simulation s 4 Uk5<  
    Mesh Delta X: 0.015 5IG#-Q(6sp  
    Mesh Delta Z: 0.015 6.v)q,JL  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps \n0Gr\:  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 mqQ//$Y   
    Number of Anisotropic PML layers: 15 &>@EfW](  
            其它参数保持默认 q_6 <}2m,U  
    运行仿真 !O,`Z`T?  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 9@(V!G  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 c5Hm94, p  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 cT JG1'm  
    ;>p{|^X0D  
    远场分析衍射 ds+0y;vc  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” }8'bXG+  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 6r5<uZ9w_X  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 [MM`#!K%  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) G{s q|1  
    图4.远场计算对话框
    xirZ.wjW  
    LZpqv~av  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: o 3 G*   
    Wavelength: 0.63 mVyF M -`  
    Refractive index: 1.5+0i 3}?]G8iL?L  
    Angle Initial: -90.0 LwCf}4u"  
    Angle Final: 90.0 1`&"U[{  
    Number of Steps: 721 ,3ivB8  
    Distance: 100, 000*wavelength ^X?3e1om  
    Intensity s4\_%je<v  
    ~p/1 9/  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 dBp)6ok#c  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 _$qH\>se  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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