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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: .i;?8?  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ]2&RN@  
    •光栅布局模拟和后处理分析 6 %`h2Z  
    布局layout Jz0AYiCq  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 $PlMyLu7jc  
    图1.二维光栅布局
    H7drDw  
    S]}}r)  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ^VnnYtCRz  
    G ` eU   
    步骤: 6h) &h1Yd  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 9 %Vy,  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 qm9=Ga5  
    Wafer Dimensions: [k%u$  
    Length (mm): 8.5 Tqs|2at<t  
    Width (mm): 3.0 re4z>O*  
    b'4}=Xpn  
    2D wafer properties: 44k8IYC*o  
    Wafer refractive index: Air lN"@5(5%  
    3 点击 Profiles 与 Materials. L6jwJwD  
    . Y!dO@$:  
    在“Materials”中加入以下材料 A&ceuu  
    Name: N=1.5 ".pQM.T  
    Refractive index (Re:): 1.5 x*X{*?5@  
    ;Ob^@OM  
    Name: N=3.14 1<Uv4S  
    Refractive index (Re:): 3.14 W8-vF++R  
    0=9$k  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Ofb&W AD  
    Name: ChannelPro_n=3.14 oZL# *Z(h  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ]X X>h~0  
    3:c6x kaw  
    Name: ChannelPro_n=1.5 8wkt9:  
    2D profile definition, Material: n=1.5 zlkW-rRkR  
    %Yg|QBm|  
    6.画出以下波导结构: 0\k {v  
    a. Linear waveguide 1 +T,0,^ *  
    Label: linear1 D deKZ)8  
    Start Horizontal offset: 0.0 ^FTS'/Q  
    Start vertical offset: -0.75 VTX6_&Hc1g  
    End Horizontal offset: 8.5 *k?y+}E_f  
    End vertical offset: -0.75 v@fy*T\3  
    Channel Thickness Tapering: Use Default |v#rSVx  
    Width: 1.5 ra@CouR^c{  
    Depth: 0.0 @L 6)RF  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 j]mnH`#BL  
    oykb8~u}}  
    b. Linear waveguide 2 jnM}N:v  
    Label: linear2 SC3_S.  
    Start Horizontal offset: 0.5 ^ME'D  
    Start vertical offset: 0.05 *vqUOh  
    End Horizontal offset: 1.0 S`TQWWQo;  
    End vertical offset: 0.05 rzvKvGd#N  
    Channel Thickness Tapering: Use Default _1YC9}  
    Width: 0.1 \IqCC h  
    Depth: 0.0 wIWO?w2  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 d+ [2Sm(7  
    5Z:qU{[  
    7.加入水平平面波: m G+=0Rn^  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: NE Zu?g  
    Input field Transverse: Rectangular #D ]CuSi  
    X Position: 0.5 )tS;gn  
    Direction: Negative Direction Ef@Et(f_mQ  
    Label: InputPlane1 >4+KEK  
    2D Transverse: bFH`wL W  
    Center Position: 4.5 I_R6 M1  
    Half width: 5.0 5-&"nn2*}1  
    Titlitng Angle: 45 x2OAkkH\]i  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 rrphOG  
    图2.波导结构(未设置周期)
    Qf'g2 \  
    }iU pBn  
    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。 rP!GS _RG  
    将Linear2代码段修改如下: :" @-Bcln  
    Dim Linear2 #veV {,g  
    for m=1 to 8 {r5OtYmpR  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) $Fy >N>,E(  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 k7cY^&o  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" |goK@ <  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" +NiCt S  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" sN#ju5  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" n@q- f-2  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" hp2$[p6O  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True mGkQx -|  
    _qo\E=E  
    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。 v?%vB#A^  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    [r'A8!/|[  
    cF?0=un  
    设置仿真参数 *D9H3M[o#  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 {.y_{yWo  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 7QoMroR  
    TE simulation ~_g{P3  
    Mesh Delta X: 0.015 '6*9pG-  
    Mesh Delta Z: 0.015 !DF5NA E  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ]I zD`  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 e,W,NnCICj  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 O}}rosA  
            其它参数保持默认 AD@ {7  
    运行仿真 K CH`=lX  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 tE-g]y3  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 |>.</68Z  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 @g]EY&Uzl  
    @X560_x[q  
    远场分析衍射 GS}JyU  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” KeXt"U  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 a#& ( 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 D_)/.m  
    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) ;y50t$0  
    图4.远场计算对话框
    O}p<"3Ub  
    )?c,&  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ^5( d^N  
    Wavelength: 0.63 y~VI,82*  
    Refractive index: 1.5+0i )S/=5Uc  
    Angle Initial: -90.0 bMNr +N  
    Angle Final: 90.0 PL3hrI 5  
    Number of Steps: 721 D!.1R!(Z  
    Distance: 100, 000*wavelength 9 %i\)  
    Intensity N^@:+,<3  
    cUdS{K&K  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 RVLVY:h|F  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 5Z5x\CcC3  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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