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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: NRe=O*O  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 *o=( w5   
    •光栅布局模拟和后处理分析 >5Sm.7}R  
    布局layout zR}vR9Ls  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 d ?,wEfwp  
    图1.二维光栅布局
    =%;TVJk*a  
    Q+E)_5_sA  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 Acb %)Y  
    @8SA^u0  
    步骤: 08nA}+k  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Dh9C9<Ta:  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 NcIr; }  
    Wafer Dimensions: LT/ *y=  
    Length (mm): 8.5 Ys@\~?ym+  
    Width (mm): 3.0 )79F"ltz h  
    kg$w<C@#"  
    2D wafer properties: sTi3x)#xB  
    Wafer refractive index: Air Qmj%otSg  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 3u= >Y^wu  
    =K9-  
    在“Materials”中加入以下材料 ~fz9PoC  
    Name: N=1.5 TnPx.mwK\  
    Refractive index (Re:): 1.5 }DkdF  
    ^<Sy{KY  
    Name: N=3.14 a &hj|  
    Refractive index (Re:): 3.14 qB3=wFI  
    F^7qr  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ODPWFdRar  
    Name: ChannelPro_n=3.14 N<aMUVm  
    2D profile definition, Material: n=3.14 3O?[Yhk`.  
    2| ERif;)  
    Name: ChannelPro_n=1.5 D(">bR)1  
    2D profile definition, Material: n=1.5 oD%B'{Zs4  
    = /=?l  
    6.画出以下波导结构: W_|7hwr  
    a. Linear waveguide 1 >]?!9@#IH  
    Label: linear1 ?"T *{8  
    Start Horizontal offset: 0.0 S6c>D&Q  
    Start vertical offset: -0.75 WNiM&iU  
    End Horizontal offset: 8.5 X@@7Qk  
    End vertical offset: -0.75 t~ z;G%a  
    Channel Thickness Tapering: Use Default |`@7G`x  
    Width: 1.5 c.;<+dYsm*  
    Depth: 0.0 PKt;]T0  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 8?$XT  
    Kl*/{&,P  
    b. Linear waveguide 2 ~G8haN4  
    Label: linear2 V(6Ql j7  
    Start Horizontal offset: 0.5 #h2 qrX&+  
    Start vertical offset: 0.05 F3<Ip~K  
    End Horizontal offset: 1.0 e `IL7$  
    End vertical offset: 0.05 lC=T{rR  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Zex`n:Wl?j  
    Width: 0.1 8|IlJiJ~v  
    Depth: 0.0 biAa&   
    Profile: ChannelPro_n=3.14 8,?*eYNjb  
    gqACIXR  
    7.加入水平平面波: vA0f4W 8+  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ag"Nf-o/Y  
    Input field Transverse: Rectangular sm;\;MP*yH  
    X Position: 0.5 -|/*S]6kK  
    Direction: Negative Direction m~vEandm  
    Label: InputPlane1 !+ ??3-q  
    2D Transverse: C'fQ Z,r-v  
    Center Position: 4.5 OG2&=~hOz-  
    Half width: 5.0 ?YhGW   
    Titlitng Angle: 45 lgh+\pj  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 87:V-*8  
    图2.波导结构(未设置周期)
    v^(J+d_>   
    '=>l& ;  
    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。 C: a</Sl  
    将Linear2代码段修改如下: 8POLp9>X  
    Dim Linear2 o\:vxj+%*  
    for m=1 to 8 to;cF6X  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) zirnur1  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 `Bv, :i  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" %51HJB}C]  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 8DZ OPA  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 2B=+p83<  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" t$b{zv9C  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ? -`8w _3  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True -5Ln3\ O@  
    OJPi*i5*  
    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。 T+)#Du  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    j'nrdr6n  
    LkUi^1((e  
    设置仿真参数 4F?O5&329i  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 _:?b -44  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: A<[X@o}92  
    TE simulation 8Z(\iZ5Rgj  
    Mesh Delta X: 0.015 bn0Rv  
    Mesh Delta Z: 0.015 VyxX5Lrj  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps E#mpj~{-  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 1F94e)M)"  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ;&]oV`Ib  
            其它参数保持默认 F}=O Mo:.  
    运行仿真 $1;@@LSw  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 '| bHu  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 6gJc?+  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 mA0|W#NB  
    tf?"AY4  
    远场分析衍射 .*g^ i`  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” wxo{gBq  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 :N ]H"u9X  
    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 ?4MZT5 .  
    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) #]FJx  
    图4.远场计算对话框
    %3 VToj@`>  
    /7p1y v  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: oq9gG)F  
    Wavelength: 0.63 R'x^Y"  
    Refractive index: 1.5+0i $o>6Io|D  
    Angle Initial: -90.0 u1_NC;  
    Angle Final: 90.0 ]5j1p6;(`  
    Number of Steps: 721 ^F`\B'8MF  
    Distance: 100, 000*wavelength tY6QhhuS:  
    Intensity O*+,KKPt  
    }-15^2  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 5{O9<~,  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 5WU ? Km  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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