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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: HeO:=OE~>  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 00.x*v  
    •光栅布局模拟和后处理分析 fO$){(]^  
    布局layout :{#O   
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 QXZyiJX}  
    图1.二维光栅布局
    p_h/hTi  
    4SZ,X^]I>  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 Bl*}*SPU  
    X3\PVsH$K  
    步骤: "~5cz0 H3v  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 F)(^c  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 H; NV?CD  
    Wafer Dimensions: R7/S SuG6\  
    Length (mm): 8.5 vY-CXWC7  
    Width (mm): 3.0 `^Vd*  
    n&njSj/  
    2D wafer properties: )Cl>%9  
    Wafer refractive index: Air O|V0WiY<  
    3 点击 Profiles 与 Materials. _Xt/U>N  
    `UTPX'Vz  
    在“Materials”中加入以下材料 mUa#sTm  
    Name: N=1.5 &h0LWPl  
    Refractive index (Re:): 1.5 b)<WC$"  
    4AS%^&ah  
    Name: N=3.14 l!f_ +lv  
    Refractive index (Re:): 3.14 +Yc^w5 !(  
    /[<F f  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: v-tI`Qpb  
    Name: ChannelPro_n=3.14 SO=gG 2E  
    2D profile definition, Material: n=3.14 `9co7[Z  
    T82 `-bZ  
    Name: ChannelPro_n=1.5 V 9Qt;]mQ  
    2D profile definition, Material: n=1.5 t,?, T~#9  
    LUbj^iQ9  
    6.画出以下波导结构: `qc"JB  
    a. Linear waveguide 1  u]Ku96!  
    Label: linear1 uQIPnd(V  
    Start Horizontal offset: 0.0 >$JE!.p%o  
    Start vertical offset: -0.75 ) 2Ei<  
    End Horizontal offset: 8.5 hSm?Z!+  
    End vertical offset: -0.75 +@QrGY  
    Channel Thickness Tapering: Use Default C2}y#AI  
    Width: 1.5 2iG+Ek-?"  
    Depth: 0.0 J'}+0mln  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 [)Nt;|U  
    _y~6b{T  
    b. Linear waveguide 2 s<zN`&t  
    Label: linear2 f~NS{gL*  
    Start Horizontal offset: 0.5 x/DV>Nfn  
    Start vertical offset: 0.05 LDr?'M!D  
    End Horizontal offset: 1.0 N4vcd=uG#  
    End vertical offset: 0.05 k|/VNV( =0  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ij$NTY=u  
    Width: 0.1 @Chl>s  
    Depth: 0.0 ,)1C"'  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Ddr.6`VJ  
    KnkmGy  
    7.加入水平平面波: ,`bW (V  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: f'oTN!5WF  
    Input field Transverse: Rectangular MJ JC6:  
    X Position: 0.5 ~6f/jCluR%  
    Direction: Negative Direction _d]{[& p4t  
    Label: InputPlane1 -TF},V~  
    2D Transverse: ESCN/ocV  
    Center Position: 4.5 gy}3ZA*F  
    Half width: 5.0 R! M'  
    Titlitng Angle: 45 9<u&27.  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 y|| n9  
    图2.波导结构(未设置周期)
    d_25]B(  
    v6 U!(x  
    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。 Gd 4S7JE  
    将Linear2代码段修改如下: cg8/v:B  
    Dim Linear2 $mPR)T  
    for m=1 to 8 l$gJ^Wf2gY  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) l ms^|?  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 *:CTIV5N0  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" }k VC ]+  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" nX!%9x$3  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Xex7Lr&  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 6]1RxrAV  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ~EBaVl ({  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True +ywz@0nx  
    b$'%)\('g  
    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。 aH"d~Y^  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    @ym:@<D  
     vc: kY  
    设置仿真参数 8XH;<z<oJ  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 2E-Kz?,:[  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: f! +d*9  
    TE simulation &`m.]RV  
    Mesh Delta X: 0.015 (]q ([e  
    Mesh Delta Z: 0.015 dEDhdF#f  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps $*{,Z<|2  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 %Ik5|\ob?  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 791v>h    
            其它参数保持默认 )j8'6tk)Z  
    运行仿真 %1{S{FB  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 lz`\Q6rZ  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Aa9l-:R  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 l iY/BkpH  
    W>' DQB  
    远场分析衍射 Zg_b(ks  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” oT}$N_gFT  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 F[c oa5  
    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 gX!K%qJBg  
    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) 7oE:]  
    图4.远场计算对话框
    CRo @+p10  
    mCnl@  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 8;qOsV)UDT  
    Wavelength: 0.63 2_Lu 0Yrg  
    Refractive index: 1.5+0i :30daKo  
    Angle Initial: -90.0 !IJ YaQ6z  
    Angle Final: 90.0 b|87=1^m[  
    Number of Steps: 721 D Z~036  
    Distance: 100, 000*wavelength s3Bo'hGxG  
    Intensity eF;Jj>\R+i  
    F~v0CBcAL  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 PdKcDKJ  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 =&g:dX|q8  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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