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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: (f^WC,  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 <uDEDb1|l  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ewg&DBbN"  
    布局layout CdgZq\  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 0{#,'sc;  
    图1.二维光栅布局
    >B/ jTn5=  
    A|1 TE$  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 exrsYo!%  
    w~+5FSdH  
    步骤: _+YCwg  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 3?SofPtc/  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 T{3C3EE?]  
    Wafer Dimensions: (iM"ug2  
    Length (mm): 8.5 WL$Ee=  
    Width (mm): 3.0 < gB>j\:  
    2.CjjI  
    2D wafer properties: x4fl=  
    Wafer refractive index: Air 8 P85qa@w  
    3 点击 Profiles 与 Materials. y E-H-r~I  
    3IQ)%EN  
    在“Materials”中加入以下材料 0KO_bF#EB=  
    Name: N=1.5 eKi/Mt  
    Refractive index (Re:): 1.5 opxVxjTT#  
    sc'QNhrW  
    Name: N=3.14 u,e'5,`N  
    Refractive index (Re:): 3.14 Yn4c6K  
    Ac;rMwXk#  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: c9imfA+e  
    Name: ChannelPro_n=3.14 LWE[]1=  
    2D profile definition, Material: n=3.14 H6(kxpOI\  
    l G12Su/  
    Name: ChannelPro_n=1.5 hNs970i  
    2D profile definition, Material: n=1.5 7_C;-  
    .WM0x{t/  
    6.画出以下波导结构: z1[2.&9D-  
    a. Linear waveguide 1 s2A3.SN  
    Label: linear1 B5h-JON]-  
    Start Horizontal offset: 0.0 s$`g%H>  
    Start vertical offset: -0.75 Ci6yH( RE  
    End Horizontal offset: 8.5 LW6&^S?4{  
    End vertical offset: -0.75 YY-{&+,  
    Channel Thickness Tapering: Use Default IB:eyq-+  
    Width: 1.5 3"=% [  
    Depth: 0.0 k_%2Ok   
    Profile: ChannelPro_n=1.5 :acnrW>i[@  
    YfL|FsCh  
    b. Linear waveguide 2 _h>S7-X  
    Label: linear2 dd1m~Gm  
    Start Horizontal offset: 0.5 ~ l"70\&  
    Start vertical offset: 0.05 j~,7JJ (y  
    End Horizontal offset: 1.0 9k8ftxB^  
    End vertical offset: 0.05 fD+'{ivN4  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 2GOQ|Z  
    Width: 0.1 TxAT ))  
    Depth: 0.0 U ^1Xc#Ff  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 amq]&.M  
    @w&VI6  
    7.加入水平平面波: hZ2!UW4'  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: "&?F 6Pi  
    Input field Transverse: Rectangular bK;I:JK3  
    X Position: 0.5 "3o{@TdU  
    Direction: Negative Direction h- .V[]<  
    Label: InputPlane1 ?95^&4Oh0  
    2D Transverse: a@`15O:  
    Center Position: 4.5 Eyi^N0  
    Half width: 5.0 (dD+?ZOO  
    Titlitng Angle: 45 *A C){M  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 kbzzage6L  
    图2.波导结构(未设置周期)
    DQO~<E6c  
    "?EoYF_  
    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。 ?dMyhU}  
    将Linear2代码段修改如下: @igGfYy  
    Dim Linear2 (t'hWS  
    for m=1 to 8 D /ysS$!{  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Z$!>hiz2  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 {^>dQ+Sx7  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" {<0=y#@u  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" &LM@_P"T  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 1}+lL)-!  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 19-|.9m(  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" N,U<.{T=A  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True rlG& wX  
    =au7'i|6  
    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。 <#AS[Q[N  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ,E,oz{,i(  
    WE\@ArY>  
    设置仿真参数 55xa Z#|  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 DM"nxTVre  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: @+II@[ _lT  
    TE simulation fw aq  
    Mesh Delta X: 0.015 Uywi,9f  
    Mesh Delta Z: 0.015 <)n8lIK  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps #T<<{ RA  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 j8WMGSrrF  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Z)E[Bv=  
            其它参数保持默认 $1<V'b[E  
    运行仿真 h+EG) <  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ;M{@|z[Nv  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 "e]1|~  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 Yw7+wc8R  
    1F?`.~q  
    远场分析衍射 Lc,`  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” XBQ]A89G  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 sevaNs  
    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 ~=HrD?-99p  
    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) =#)Zm?[;  
    图4.远场计算对话框
    = 7%1]  
    I2G4j/c=z  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: I*c B Ha  
    Wavelength: 0.63 7hAFK  
    Refractive index: 1.5+0i (p4|,\+  
    Angle Initial: -90.0 <vS J< WY  
    Angle Final: 90.0 u&MlWKCi  
    Number of Steps: 721 lm'L-ZPN  
    Distance: 100, 000*wavelength r|!w,>.  
    Intensity Hkq""'Mx+w  
    5!WQ  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 AITV+=sN  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 PDN3=PAR/A  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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