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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: * & : J  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 }@vf=jm>  
    •光栅布局模拟和后处理分析 R:U!HE8j   
    布局layout ! _?#f|  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 KNSMx<GP  
    图1.二维光栅布局
    ; g\r Y  
    %Vhj<gN  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 @gi / 1cq  
    &X)^G#  
    步骤: &Y-jK<  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 7upN:7D-  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 iz2;xa*  
    Wafer Dimensions: L DdgI  
    Length (mm): 8.5 ;M5]XCP k  
    Width (mm): 3.0 "(yw(/  
    A[H"(E#k  
    2D wafer properties: \iAs  
    Wafer refractive index: Air s}?QA cC  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 0>yu Bgh  
    V-lp';bD  
    在“Materials”中加入以下材料 ms#|Y l1/|  
    Name: N=1.5 n8o(>?Kw  
    Refractive index (Re:): 1.5 ,p6o "-  
    u(g9-O  
    Name: N=3.14 ' [%?j?2r  
    Refractive index (Re:): 3.14 -|GX]jx(Y  
    >uwd3XW5  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 43Ua@KNi  
    Name: ChannelPro_n=3.14 >Dq&[9,8  
    2D profile definition, Material: n=3.14 v|:TYpku3  
    ^@;P-0Sy  
    Name: ChannelPro_n=1.5 aA-s{af  
    2D profile definition, Material: n=1.5 hzrS_v  
    /H*n(d  
    6.画出以下波导结构: <,Fj}T-  
    a. Linear waveguide 1 dyt.( 2  
    Label: linear1 Q6d>tqWhq  
    Start Horizontal offset: 0.0 B+[L/C}=;  
    Start vertical offset: -0.75 Cg]S`R-  
    End Horizontal offset: 8.5 h 2C9p2.  
    End vertical offset: -0.75 =/bC0bb{i  
    Channel Thickness Tapering: Use Default `Lr|KuFN  
    Width: 1.5 %Ktlez:S  
    Depth: 0.0 [ip}f4K  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 b#Vm;6BHD1  
    OGPrjL+  
    b. Linear waveguide 2 #X*=oG  
    Label: linear2 }kMKA.O"  
    Start Horizontal offset: 0.5 ZC9S0Z  
    Start vertical offset: 0.05 TJs~}&L  
    End Horizontal offset: 1.0 W=2#Q2)  
    End vertical offset: 0.05 ]GXE2A_i;  
    Channel Thickness Tapering: Use Default E*8 3N@i  
    Width: 0.1 >C -N0H  
    Depth: 0.0 s;xErH@RA  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 hc]5f3Z  
    Q=#Wk$1.  
    7.加入水平平面波: )gNVJ  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: V0y_c^x  
    Input field Transverse: Rectangular jiP^Hz"e  
    X Position: 0.5 Hf9F:yH  
    Direction: Negative Direction z}2  
    Label: InputPlane1 D>K=D"  
    2D Transverse: /y- 8dgv0a  
    Center Position: 4.5 w s7LDY&(  
    Half width: 5.0 jWh}cM=  
    Titlitng Angle: 45 lfte   
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 IvM>z03  
    图2.波导结构(未设置周期)
    sF1j4 NC  
    VevDW }4q*  
    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。 P;ovPyoO  
    将Linear2代码段修改如下: xN44>3#  
    Dim Linear2 =5#sB*  
    for m=1 to 8  o*xft6U  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) @T~~aQFk  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 }?[a>.]u  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" YBQ{/"v%|  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" z_L><}H  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" N|asr,  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" z&Lcl{<MA  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Vn6]h|vm  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True w'<"5F`  
    sF p% T4j  
    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。 vS G vv43G  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ihopQb+k^m  
    |\SwZTr  
    设置仿真参数 [u7i)fn5?  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 {GS$7n  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: myDcr|j-a  
    TE simulation Cm#[$T@C  
    Mesh Delta X: 0.015 >:f&@vwm  
    Mesh Delta Z: 0.015 |:5[`  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps HI{IC!6  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 $mF9os-  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 VZr AZV^c  
            其它参数保持默认 P30|TU+B  
    运行仿真 zN,2 (v"  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真  $ 1v'CT  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 4_h?E:sBb  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 01vKx)f  
    `_>44!M  
    远场分析衍射 g5~wdhpb  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” WXCZ }l  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Pe?b# G  
    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 BVv{:m{w  
    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) YF<U'EVU-  
    图4.远场计算对话框
    y/!jC]!+c  
    dR >hb*k J  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: |]j2T 8_=  
    Wavelength: 0.63 OsNJ;B  
    Refractive index: 1.5+0i !s(s^  
    Angle Initial: -90.0 d2Ox:| <)  
    Angle Final: 90.0 lAo S 9w  
    Number of Steps: 721 9u] "($  
    Distance: 100, 000*wavelength ?TY/'-M5  
    Intensity ?eri6D,86w  
    3}2a3)  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 KU (g Zy  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 _W gpk 0  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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