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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: H1N@E}>|  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 v`h>5#_[  
    •光栅布局模拟和后处理分析 @rhS[^1wi+  
    布局layout \' O/3Y7?X  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 =ejcP&-V/  
    图1.二维光栅布局
    H I9/  
    cW3'057  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 XpAJP++  
    |!oC7!+0^  
    步骤: g`y9UYeh  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 cS.@02~f"  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 MTYV~S4/  
    Wafer Dimensions: ` nX, x-UM  
    Length (mm): 8.5 iwnGWGcuS  
    Width (mm): 3.0 XfcYcN  
    H{cOkuy  
    2D wafer properties: 'iMzp]V;  
    Wafer refractive index: Air ! fk W;|  
    3 点击 Profiles 与 Materials. zC*FeqFL<  
    l0&Fm:))k  
    在“Materials”中加入以下材料 yzEyOz@Q  
    Name: N=1.5 \3vQXt\dM$  
    Refractive index (Re:): 1.5 fRNj *bIV  
    imOIO[<;  
    Name: N=3.14 g}~s"Sz  
    Refractive index (Re:): 3.14 LJrH_h8C  
    60{G 4b)  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: C6ql,hR^h`  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Z|K HF"  
    2D profile definition, Material: n=3.14 W=Syo&;F8  
    gj;gl ="3  
    Name: ChannelPro_n=1.5 bWL!=  
    2D profile definition, Material: n=1.5 J>X@g;  
    w/NT 5  
    6.画出以下波导结构: ^E%R5JN  
    a. Linear waveguide 1 9DBX.|  
    Label: linear1 QFTiE1mGH  
    Start Horizontal offset: 0.0 Q & /5B  
    Start vertical offset: -0.75 <.`i,|?MHS  
    End Horizontal offset: 8.5 I=DVMG|  
    End vertical offset: -0.75 lLQcyi0  
    Channel Thickness Tapering: Use Default {GtX:v#  
    Width: 1.5 Qi\]='C  
    Depth: 0.0 oDS7do  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 <xBL/e %  
    h.-L_!1B7  
    b. Linear waveguide 2 ) `{jPK*`  
    Label: linear2 G;gsDn1t  
    Start Horizontal offset: 0.5 )EMlGM'2q  
    Start vertical offset: 0.05 jl59;.P  
    End Horizontal offset: 1.0 !@!603Gy  
    End vertical offset: 0.05 IV~)BW leT  
    Channel Thickness Tapering: Use Default e=XP4h  
    Width: 0.1 x`?>j$  
    Depth: 0.0 B\D)21Ik}%  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Z7wl~Hk  
    )4fQ~)  
    7.加入水平平面波: /%&5Iq\:vA  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 8Z}%,G*n  
    Input field Transverse: Rectangular g)f& mQ)  
    X Position: 0.5 "3_X$`v"!  
    Direction: Negative Direction tF[) Y#  
    Label: InputPlane1 GX23c i  
    2D Transverse:  U :x;4  
    Center Position: 4.5 ~F@p}u8TV  
    Half width: 5.0 L0VZ>!*o  
    Titlitng Angle: 45 q%d,E1  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 E$_zBD%  
    图2.波导结构(未设置周期)
    !,$K;L  
    (Jb#'(~a  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 %,$xmoj9O]  
    将Linear2代码段修改如下: uPho|hDp  
    Dim Linear2 L'Iw9RAJ  
    for m=1 to 8 T5`ML'Dej  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) nh7_ jEX  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ~%lUzabMa  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" [qY yr  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" :~vg'v~C  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" cK[=IE5  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" B0 A`@9  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 9PV]bt,  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True eSIG+{;&  
    %4` U' j  
    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。 U6|T<bsOl  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    NxA4*_|H9  
    *Mg@j;+5s  
    设置仿真参数 S~r75] "  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 .dYv.[?hL  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: {a\! 1~  
    TE simulation y k!K 5  
    Mesh Delta X: 0.015 Yt=)=n  
    Mesh Delta Z: 0.015 ]'n4e*  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps `3? HQ2n  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 L!Tvz(_7f6  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Px-VRANZt  
            其它参数保持默认 &kvmLOI  
    运行仿真 ]}Ys4(}  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 PN99 R]K0g  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 a Z)1SX`D  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 3O 4,LXdA  
    f.j<VKF}  
    远场分析衍射 yX*$PNL5w  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” / j "}e_Q  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 [QMN0#(h  
    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 '+l"zK ]L-  
    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) e[Vk+Te7  
    图4.远场计算对话框
    z80(+ `   
    C}uzzG6s  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: _'G'>X>}WU  
    Wavelength: 0.63 X'\h^\yOo  
    Refractive index: 1.5+0i r"K!]Vw  
    Angle Initial: -90.0 ;:oXe*d  
    Angle Final: 90.0 G2y1S/  
    Number of Steps: 721 kWa5=BW2f  
    Distance: 100, 000*wavelength &2.DZ),L  
    Intensity _R]0S  
    GzaGTd.b  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。  %nUN  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 bxwwYSS  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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