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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: )y i~p  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 8@LUL)"  
    •光栅布局模拟和后处理分析 z30 mk  
    布局layout k+*pg4 '  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 /W .G- |:  
    图1.二维光栅布局
    !0P:G#o-$  
    C`.eJF  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 u&[L!w  
    cd=|P?B i  
    步骤: A{M7   
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 @vXXf/  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 o`!#io  
    Wafer Dimensions: ru6M9\h*  
    Length (mm): 8.5 nK)1.KVN  
    Width (mm): 3.0 uPapINj  
    Dsn=fht  
    2D wafer properties: uqU&k@  
    Wafer refractive index: Air *SIYZE'  
    3 点击 Profiles 与 Materials. DVMdRfA  
    e+F $fQt>  
    在“Materials”中加入以下材料 i$`o,m#  
    Name: N=1.5 {2m F\A#.  
    Refractive index (Re:): 1.5 H9i7y,[*  
    e|5@7~Vi  
    Name: N=3.14 uK`gveY  
    Refractive index (Re:): 3.14 nB5\ocJ  
    q@O  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓:  o0>|  
    Name: ChannelPro_n=3.14 NZa 7[}H  
    2D profile definition, Material: n=3.14 fR~0Fy Gp  
    uv8k ea .(  
    Name: ChannelPro_n=1.5 RAk"C!&^m  
    2D profile definition, Material: n=1.5 $Dx*[.M3>  
    VzIZT{  
    6.画出以下波导结构: 6({)O1Z  
    a. Linear waveguide 1 z5 @i"%f  
    Label: linear1 < W`gfpzO  
    Start Horizontal offset: 0.0 GDe,n  
    Start vertical offset: -0.75 Rm}5AJ  
    End Horizontal offset: 8.5 rx 74v!  
    End vertical offset: -0.75 _| cSXZ|  
    Channel Thickness Tapering: Use Default <|.]$QSi  
    Width: 1.5 <8Tp]1z  
    Depth: 0.0 Lwx J:Kz.  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 esE!i0%  
    %'_:#!9  
    b. Linear waveguide 2 }9W[7V?  
    Label: linear2 5Phsh  
    Start Horizontal offset: 0.5 l4.ql1BX@y  
    Start vertical offset: 0.05 JZ![:$:  
    End Horizontal offset: 1.0 U`8Er48X  
    End vertical offset: 0.05 q_`j-!  
    Channel Thickness Tapering: Use Default S[yrGX8lu  
    Width: 0.1 i+in?!@G:  
    Depth: 0.0 X%znNx  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 [! wJIy?,  
    .0RQbc9  
    7.加入水平平面波: LyNmn.nN  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: cYe2 a "  
    Input field Transverse: Rectangular 2Xk;]-T!  
    X Position: 0.5 xV`l6QS  
    Direction: Negative Direction On~KTt3Mp  
    Label: InputPlane1 q5hE S  
    2D Transverse: ,!alNNY  
    Center Position: 4.5 3 yb]d5:U  
    Half width: 5.0 ~x/ka43  
    Titlitng Angle: 45 [7HBn  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 >i  >|]  
    图2.波导结构(未设置周期)
    hcRe,}wJ  
    }uC]o@/  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 ,Eh]Zv1 AE  
    将Linear2代码段修改如下: e1E_$oJP  
    Dim Linear2 qm_m8   
    for m=1 to 8 f=Pn,.>tIz  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 94dd )/a  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ! l0"nPM=  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" fe`_0lxj  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 7RBEEE`)  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" %+,*$wk#*  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" <-b9 )>  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" wd<{%qK`{  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True [kqtkgK$j2  
    ~Js kA5h|&  
    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。 .I_<\h7  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Y/I)ECm  
    u^|cG{i5"  
    设置仿真参数 |ka/5o  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 WjK[% ;Z!  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: bHx@   
    TE simulation |39,n~"o&  
    Mesh Delta X: 0.015 7)[Ve1;/N  
    Mesh Delta Z: 0.015 `[#id@Z1  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 7}~w9jK"F  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 "+7E9m6I  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ;L-)$Dy4  
            其它参数保持默认 PX/{!_mM  
    运行仿真 ){#INmsF  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 na~ FT[3 C  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 /FC HF#yK  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ru9@|FgAE  
    @MTv4eC}e  
    远场分析衍射 |94o P>d  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” +_pfBJ_$%  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 I;E?;i  
    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 Y G8C<g6E7  
    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) [pm IQ228  
    图4.远场计算对话框
    0x5Ax=ut  
    F@q9UlfB-  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: }i^|.VZZ  
    Wavelength: 0.63 +"BJjxG  
    Refractive index: 1.5+0i l-v m`-_#  
    Angle Initial: -90.0 ||wi4T P  
    Angle Final: 90.0 Nj2l>[L;  
    Number of Steps: 721 Z:N;>.3i  
    Distance: 100, 000*wavelength <dD!_S6@,  
    Intensity <&) hg:  
    -2[4 @  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 9@ fSO<  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ]ilLed  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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