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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: y2>v'%]2  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Dntcv|%u  
    •光栅布局模拟和后处理分析 EA7]o.Nm*{  
    布局layout GJWC}$#T Y  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 A> +5~u  
    图1.二维光栅布局
    St,IWOmq"  
    M['25[  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 T'i9_V{  
    ,]Yjo>`tW  
    步骤: 2g-'.w  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 OP |{R7uC  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 R<LW*8  
    Wafer Dimensions: U#G uB&V  
    Length (mm): 8.5 I@cKiB  
    Width (mm): 3.0 G+4a%?JH  
    OzBo *X/p  
    2D wafer properties: a1ZGMQq!  
    Wafer refractive index: Air 1pXAPTV  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 95(c{ l/  
    [ /*$?PXt  
    在“Materials”中加入以下材料 m hJ>5z  
    Name: N=1.5 Z]$yuM  
    Refractive index (Re:): 1.5 :eS7"EG{3  
    %_M B-  
    Name: N=3.14 Fdd$Bl.&XS  
    Refractive index (Re:): 3.14 ]w%7/N0R  
    N rVQK}%K  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 6_;3   
    Name: ChannelPro_n=3.14 H:U1#bQQ:  
    2D profile definition, Material: n=3.14 v3S{dX<  
    Wr`=P,  
    Name: ChannelPro_n=1.5 l,h#RTfry  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Bp^>R`,  
    d(, -13  
    6.画出以下波导结构: OW)8Z 60  
    a. Linear waveguide 1 +>z/54R  
    Label: linear1 9L%&4V}BIS  
    Start Horizontal offset: 0.0 }n=Tw92g  
    Start vertical offset: -0.75 \ :})R{  
    End Horizontal offset: 8.5 Y~=5umNSX  
    End vertical offset: -0.75 y>2v 9;Qp  
    Channel Thickness Tapering: Use Default [lS'GszA  
    Width: 1.5 -iBu:WyY$  
    Depth: 0.0 qfC9 {gu  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 #.9Xkn9S  
    zQ]IlMt  
    b. Linear waveguide 2 ;}f%bE  
    Label: linear2 /qI80KVnN  
    Start Horizontal offset: 0.5 N$Gx$u3Cd  
    Start vertical offset: 0.05 %Tsefs?_  
    End Horizontal offset: 1.0 wgLS9.  
    End vertical offset: 0.05 ":]O3 D{r  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 'ZT!a]4  
    Width: 0.1 v8*ZwF  
    Depth: 0.0 kGc)Un?'{U  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 V$q%=Sip  
    ct~lt'L\  
    7.加入水平平面波: 5 1 x^gX|  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 4 CX*,7LZ  
    Input field Transverse: Rectangular XF^c(*5  
    X Position: 0.5 EXa6"D  
    Direction: Negative Direction 8>pFpS  
    Label: InputPlane1 z@~1e]%  
    2D Transverse: U45/%?kE)  
    Center Position: 4.5 ;i:Uoyi  
    Half width: 5.0 ip>dHj z  
    Titlitng Angle: 45 _tjFb_}Q  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 bL0+v@(r  
    图2.波导结构(未设置周期)
    D>G&aQ  
    ^~BJu#uVyy  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 NLz$jk%=g  
    将Linear2代码段修改如下: GrM~ %ng  
    Dim Linear2 @Zq,mPaR$  
    for m=1 to 8 ` |]6<<'iW  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) VKik8)/.  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 =PZs'K  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" r4D66tF  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" /%xK-z,V  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ]|[xY8 5}  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" <5$= Ta  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" <mm}IdH  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Ab_aB+g ]  
    FswFY7 8  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 "9WP^[  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    { @-Q1  
    Zfb:>J@h6  
    设置仿真参数 YRYrR|I  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 [dzb{M6_  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: |(P>'fat-p  
    TE simulation ]iz5VI@  
    Mesh Delta X: 0.015 (|6q N  
    Mesh Delta Z: 0.015 jzPC9  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ZV Gw@3  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 H/, tE0ZV  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 fmSw%r|pT  
            其它参数保持默认 /(}V!0\?  
    运行仿真 TTOd0a  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 U| N`X54  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 e<C5}#wt  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 iww h,(  
    +Nza@B d  
    远场分析衍射 hD$U8~zK  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” T8KhmO  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 h h8UKEM-  
    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 M?\)&2f[Z  
    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) hCo&SRC/5  
    图4.远场计算对话框
    r+lY9 l  
    ol YSr .Q`  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: A?7%q^;E  
    Wavelength: 0.63 NA3yd^sr  
    Refractive index: 1.5+0i ?%LD1 <ya  
    Angle Initial: -90.0 $PTedJ}*Y  
    Angle Final: 90.0 Hou{tUm{xC  
    Number of Steps: 721 u>(Q& 25  
    Distance: 100, 000*wavelength tlcA\+%)  
    Intensity A>4k4*aFm#  
    9m'[52{o  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 w{r ->Phe  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Tbwq_3f K  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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