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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: hwiKOP  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 81Z4>F:  
    •光栅布局模拟和后处理分析 B4Q79gEh=  
    布局layout {  |s/]W  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 #c-b}.R  
    图1.二维光栅布局
    (]2<?x*  
    +p3 Z#KoC  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 *|mz_cKu  
    J"-_{)0lD  
    步骤: ITONpg[f  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 J' W}7r  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 @7-=zt+f  
    Wafer Dimensions: $,TGP+vH  
    Length (mm): 8.5 [FGgkd}  
    Width (mm): 3.0 O@s{uZ|A6  
    Yv^p =-E  
    2D wafer properties: 1!!\+ c2*  
    Wafer refractive index: Air 3 4SA~5  
    3 点击 Profiles 与 Materials. `\!X}xiWd  
    i^WIr h3a  
    在“Materials”中加入以下材料 "%VbI P  
    Name: N=1.5 c<?[d!vI  
    Refractive index (Re:): 1.5 ,+se  
    cf)J )  
    Name: N=3.14 n12UBvc}%  
    Refractive index (Re:): 3.14 4.8nY\_WF  
    4d0#86l~J/  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: B| tzF0;c  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ?4 qkDtm  
    2D profile definition, Material: n=3.14 bp#fyG"  
    ~AQ>g#|%  
    Name: ChannelPro_n=1.5 3qtr9NI  
    2D profile definition, Material: n=1.5 b$Ln} <  
    $Z ]z  
    6.画出以下波导结构: lyyX<=E{)  
    a. Linear waveguide 1 Lj8)' [K"  
    Label: linear1 4}i*cB `  
    Start Horizontal offset: 0.0 /PXioiGcs  
    Start vertical offset: -0.75 [SkKz>rC  
    End Horizontal offset: 8.5 sK&,):"]R  
    End vertical offset: -0.75 yyP'Z~0  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Rn-G @}f  
    Width: 1.5 0z7L+2#b^  
    Depth: 0.0 FQROK4x%"  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 &Yf",KcL*I  
    T1W:>~T5#  
    b. Linear waveguide 2 @DuK#W"E u  
    Label: linear2 D L{R|3{N  
    Start Horizontal offset: 0.5 \tx%WC  
    Start vertical offset: 0.05 vZu~LW@1  
    End Horizontal offset: 1.0 1 {Jb"  
    End vertical offset: 0.05 7)^:8I(  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ;wR 'z$8  
    Width: 0.1 Z19m@vMsIP  
    Depth: 0.0 e3 v5,.  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 H-I{-Fm  
    6):Xzx,  
    7.加入水平平面波: ,gMy@  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: L\e>B>u  
    Input field Transverse: Rectangular J-V49X#  
    X Position: 0.5 (?3[3 w~  
    Direction: Negative Direction FRZs[\I|iT  
    Label: InputPlane1 ``u:lL  
    2D Transverse: __I/F6{ 9V  
    Center Position: 4.5 nWJ:=JQ i"  
    Half width: 5.0 C!&y   
    Titlitng Angle: 45 O'$K],=BS  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 %}&(h/= e  
    图2.波导结构(未设置周期)
    Wto ;bd  
    Qx)Jtb0`V  
    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。 1ibnx2^YB  
    将Linear2代码段修改如下: !MVj=(  
    Dim Linear2 hoQ7).>  
    for m=1 to 8 S1J<9xqSQ8  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) B$vr'U   
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 4woO;Gm  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" lA^+Flh  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 1J}8sG2`  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" `f9gC3Hk  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 2p!"p`b~  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ~AZWds(,N  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True iqwkARG"  
    2c(aO[%h9  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 @Uo6>-W F  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    MCc$TttaVz  
    <>Y?v C  
    设置仿真参数  Paj vb-f  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 -$2kO`|p  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ?_g1*@pA  
    TE simulation PftxqJz  
    Mesh Delta X: 0.015 PRB{VC<k  
    Mesh Delta Z: 0.015 4 !#a3=_  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 6#e::GD  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 g(ogXA1  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 bKDA!R2  
            其它参数保持默认 p'94SXO_  
    运行仿真 XYEv&-M`?w  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 TDtAmk  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 hBU\'.x  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 E?)656F[  
    sJG5/w  
    远场分析衍射 58V[mlW)O0  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” b)# Oc,  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Ts$@s^S]  
    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 >[10H8~bI/  
    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) MXD4|r(  
    图4.远场计算对话框
    YDC&u8  
    %9v@0}5V  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: FFKGd/:!  
    Wavelength: 0.63 ^|MjJsn  
    Refractive index: 1.5+0i +}xaQc:0|  
    Angle Initial: -90.0 28.~iw  
    Angle Final: 90.0 O,@~L$a:YZ  
    Number of Steps: 721 ;gg\;i}^  
    Distance: 100, 000*wavelength a->3`c  
    Intensity !g!5_ |  
    dt}_D={Be  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 -O!/Jv"{,[  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 a2 +~;{?g  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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