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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: "#k(V=y  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 i@^`~vj  
    •光栅布局模拟和后处理分析 eRy'N|'  
    布局layout CgKSK0/a  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 cRr `r[t  
    图1.二维光栅布局
     Q<ExfJm  
    ;H r@0f  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 4H=sD t  
    UnF4RF:A2&  
    步骤: CPeK0(7Zh  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 H 7F~+ Q-}  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 3}1+"? s  
    Wafer Dimensions: FEmlC,%  
    Length (mm): 8.5 ZxPAu%Y  
    Width (mm): 3.0 Qu\l$/  
    1O7ss_E  
    2D wafer properties: kj=2+)!E7  
    Wafer refractive index: Air Du4#\OK  
    3 点击 Profiles 与 Materials. h1o+7  
    esFL<T  
    在“Materials”中加入以下材料 =F[,-B~  
    Name: N=1.5 2`U&,,-Mf  
    Refractive index (Re:): 1.5 eSBf;lr=  
    =e/4Gs0*  
    Name: N=3.14 ^v5hr>m  
    Refractive index (Re:): 3.14 )9Ojvp=#r:  
    DkKD~  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: }jgAV  
    Name: ChannelPro_n=3.14 GnaV I  
    2D profile definition, Material: n=3.14 G.e\#_RR?  
    vkgL"([_  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Z[bC@y[Wb  
    2D profile definition, Material: n=1.5 S IK{GWX  
    'oL[rO~j  
    6.画出以下波导结构: ahv=HWX k  
    a. Linear waveguide 1 *{s[$}uQ  
    Label: linear1 6l7a9IJ  
    Start Horizontal offset: 0.0 YDD]n*&  
    Start vertical offset: -0.75 HbDB?s<  
    End Horizontal offset: 8.5 yuX 0Y{:I  
    End vertical offset: -0.75 'Pu;]sC  
    Channel Thickness Tapering: Use Default MA6%g} o  
    Width: 1.5 K(<P" g(  
    Depth: 0.0 }TL"v|ny6;  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 bM3e7olWS  
    dS=,. }  
    b. Linear waveguide 2 Lpf=VyqC  
    Label: linear2 F[Sat;Sll  
    Start Horizontal offset: 0.5 rWqA)j*!  
    Start vertical offset: 0.05 R7E"7"M10  
    End Horizontal offset: 1.0 %BLKB%5  
    End vertical offset: 0.05 QjU"|$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default >C3 9`1  
    Width: 0.1  N&.p\T&t  
    Depth: 0.0 e90z(EF?0  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 >E=a~ O  
    [rsAY&.  
    7.加入水平平面波: P[i/o#  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: {HnOUc\4  
    Input field Transverse: Rectangular 0eP~F2<bC  
    X Position: 0.5 R"([Y#>m  
    Direction: Negative Direction sTyGi1  
    Label: InputPlane1 v4aGL<SO  
    2D Transverse: ]XyJ7esg  
    Center Position: 4.5 R&xd ic!  
    Half width: 5.0 _4Pi>  
    Titlitng Angle: 45 8:NHPHxB  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 S:QEHd_C  
    图2.波导结构(未设置周期)
    +ETw:i9!?  
    xRN$cZC  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 V485Yn!$(  
    将Linear2代码段修改如下: S5TT  
    Dim Linear2 h%S#+t(Bf  
    for m=1 to 8 2Wtfx" .y  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Yl])Q|2I  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 $@;[K \  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" bxq`E!]  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" `^vD4qD|  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ZrS!R[  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ERjf.7)d  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" # 95/,k  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True &KWh5S@w  
    N0C5FSH  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 HfPeR8I%i  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    17d$gZ1O:  
    I|H mbTXa  
    设置仿真参数 k$!&3Rh  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 qa0Zgn5q  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ]3'd/v@fT  
    TE simulation \O~7X0 <W  
    Mesh Delta X: 0.015 nE84W$\  
    Mesh Delta Z: 0.015 GkFNLM5'  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps vcHDFi  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 'P#I<?vB  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 [f}1wZ*  
            其它参数保持默认 ]\lw^.%  
    运行仿真 Nfh(2g K+  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 9h8G2J o  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 XjbK!.  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ,e,{6Sg6gl  
    !k63 `(Ti  
    远场分析衍射 #Uu"olX7  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ZlzFmNe60  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 cS"6%:hQ  
    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 [tN/}_]  
    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) FCPbp!q6  
    图4.远场计算对话框
    -j,o:ng0  
     M > <   
    5. 在远场对话框,设置以下参数: -=w.tJD  
    Wavelength: 0.63 X1"nq]chGy  
    Refractive index: 1.5+0i ( 9l|^w["  
    Angle Initial: -90.0 8ZDq KQ1;  
    Angle Final: 90.0 u[DV{o  
    Number of Steps: 721 -E1}mL}I`  
    Distance: 100, 000*wavelength &AVi4zV  
    Intensity B|&<  
    g d-fJ._1  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ITV}f#  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 "x11 YM{F  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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