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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: 'L7u`  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 N.Q}.(N0  
    •光栅布局模拟和后处理分析 LU8[$.P  
    布局layout A =Z$H2  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 x%H,ta%  
    图1.二维光栅布局
    YR/I<m`]}  
    !PeSnO  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 o/a2n<4  
    )sK53O$  
    步骤: wBw(T1VN  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 vpT\ CjXHZ  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 F?FfRzZ[  
    Wafer Dimensions: z#`Qfvu6Hi  
    Length (mm): 8.5 \v=@'  
    Width (mm): 3.0 Crj7n/mp]s  
    GNuIcy  
    2D wafer properties: ' e!WZvr  
    Wafer refractive index: Air h$9ut@I  
    3 点击 Profiles 与 Materials. =a+  } 6  
    {0+WVZ4u  
    在“Materials”中加入以下材料 Q;z!]hjBM  
    Name: N=1.5 pZ*%zt]-a  
    Refractive index (Re:): 1.5 M,kO7g  
    8BZ&-j{  
    Name: N=3.14 :EYUBtTj  
    Refractive index (Re:): 3.14 &M3KJ I0L  
    \5j}6Wj  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 4bw4!z9G  
    Name: ChannelPro_n=3.14 (`#z@,1  
    2D profile definition, Material: n=3.14 8b-mW>xsA  
    Qa:[iF  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ='+I dn#5  
    2D profile definition, Material: n=1.5 :r "G Z  
    e9/Mjq\  
    6.画出以下波导结构: 0!0o[3*  
    a. Linear waveguide 1 <ty]z!B  
    Label: linear1 W?kJ+1"(  
    Start Horizontal offset: 0.0 Gl|n}wo$  
    Start vertical offset: -0.75 nq>F_h  
    End Horizontal offset: 8.5 6yAZvX  
    End vertical offset: -0.75 LxWd_B  
    Channel Thickness Tapering: Use Default @'M"c q  
    Width: 1.5 @VG@|BQWa  
    Depth: 0.0 [YODyf}M>\  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 .$y'>O*$G  
    dXM8iP  
    b. Linear waveguide 2 kQd|qZ=:w  
    Label: linear2 0&CXR=U5  
    Start Horizontal offset: 0.5 :qB|~"9O  
    Start vertical offset: 0.05 ^LB]  
    End Horizontal offset: 1.0 f2M*]{N  
    End vertical offset: 0.05 Dyo^O=0c  
    Channel Thickness Tapering: Use Default N`?/kubD  
    Width: 0.1 6L\]Ee  
    Depth: 0.0 GB pdj}2=  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 @b.,pwZF  
    ),Yk53G6c  
    7.加入水平平面波: yVGf[ ~X  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: nsVLgTbx  
    Input field Transverse: Rectangular H-u SdT  
    X Position: 0.5 -Edy ~;_  
    Direction: Negative Direction { m{nCl)y  
    Label: InputPlane1 )Qe]!$tqfD  
    2D Transverse: jpZq]E9`P  
    Center Position: 4.5 wWf_d jd  
    Half width: 5.0 =v<A&4  
    Titlitng Angle: 45 f##/-NG  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 oyk&]'>  
    图2.波导结构(未设置周期)
    vV 9vB3K5?  
    T2azHo7  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 QZ;DZMP  
    将Linear2代码段修改如下: <~w3[i=  
    Dim Linear2 ]e"!ZR?XJ  
    for m=1 to 8 X2% (=B  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) srO>l ;Vf/  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 #Y   
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" YtWw)IK  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" -oUNK}>  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" mDbTOtD  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" OyK#Rm2A=  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" z8{-I@+`  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ZbdGI@  
    w3>11bE  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 U  yV5A  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    0pEM0M  
    55$';gh,9  
    设置仿真参数 d-tg^Ot#  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 S|LY U!IWZ  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 1t?OD_d!8  
    TE simulation whHuV*K}  
    Mesh Delta X: 0.015 >s"/uo  
    Mesh Delta Z: 0.015 E7@Gpu,o  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps k[a<KbS  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ?(K=du  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 q<z8P;oP^  
            其它参数保持默认  ^QJJ2jZ  
    运行仿真 zYY]+)k?  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 R@tEC)Zn  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 3Os0<1@H  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 Ng W"wh  
    w <"mS*Q  
    远场分析衍射 iZeq l1O  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” g%[:wjV;  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 i}v.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 p0zC(v0*  
    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) {y6h(@I8\  
    图4.远场计算对话框
    =4SXntU!e  
    s>L.V2!$0  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: &V <f;PF(I  
    Wavelength: 0.63 GQ@mQ=i  
    Refractive index: 1.5+0i .lP',hn  
    Angle Initial: -90.0 H2#o X  
    Angle Final: 90.0 y1PyH  
    Number of Steps: 721 C f d* Q  
    Distance: 100, 000*wavelength -PSgBH[  
    Intensity a*.#Zgy:lK  
    ?H@<8Ra=3  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 j_<!y(W  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 zixG}'  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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