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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: __N.#c/l{  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 2<W&\D o@  
    •光栅布局模拟和后处理分析 =:7$/T'Qg  
    布局layout $Xf(^K  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 1"E\C/c  
    图1.二维光栅布局
    ;)/@Xx  
    V|?WF&  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 I0w%8bs  
    wK5_t[[  
    步骤: ExhL[1E  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 %$X\"  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 iD_T P  
    Wafer Dimensions: z1j|E :  
    Length (mm): 8.5 pM$ @m]  
    Width (mm): 3.0 2<6j1D^jM  
    5w3Fqu>39?  
    2D wafer properties: sBW3{uK  
    Wafer refractive index: Air 9YKDguG  
    3 点击 Profiles 与 Materials. X0i3_RVa  
    s-D?)  
    在“Materials”中加入以下材料 X#J6Umutm  
    Name: N=1.5 1i-[+   
    Refractive index (Re:): 1.5 ,b.n{91[]x  
    *o4%ul\3Y|  
    Name: N=3.14 h_ ZX/k  
    Refractive index (Re:): 3.14 P[i\e7mR  
    (2txM"Dja  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: :YvbU Y  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ;93KG4a  
    2D profile definition, Material: n=3.14 O% $O(l  
    %$n02"@  
    Name: ChannelPro_n=1.5 '`o[+.  
    2D profile definition, Material: n=1.5 5' \)`  
    5 si}i'in  
    6.画出以下波导结构: zO.6WJ  
    a. Linear waveguide 1 MUwVG>b8J~  
    Label: linear1 [thboP.?  
    Start Horizontal offset: 0.0 azGn P3_  
    Start vertical offset: -0.75 *x,HnHT  
    End Horizontal offset: 8.5 xqWj|jA  
    End vertical offset: -0.75 K` (#K#n  
    Channel Thickness Tapering: Use Default >]/dOH,A  
    Width: 1.5  P\(30  
    Depth: 0.0 $ I<|-]u  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 m5gI~1(9  
    mw+j|{[  
    b. Linear waveguide 2 .TN2s\:]jw  
    Label: linear2 ] 09yy  
    Start Horizontal offset: 0.5 -Enbcz(B  
    Start vertical offset: 0.05 VkXn8J  
    End Horizontal offset: 1.0 q$>_WF#||  
    End vertical offset: 0.05 mQ,{=C=D  
    Channel Thickness Tapering: Use Default e^frVEV  
    Width: 0.1 DQ_ 2fX~)  
    Depth: 0.0 .mt^m   
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ;1E_o  
    iS05YW  
    7.加入水平平面波: p#<nK+6.8  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: "::9aYd!  
    Input field Transverse: Rectangular x]' H jTqX  
    X Position: 0.5 t aV|YP$  
    Direction: Negative Direction V.j#E 1P  
    Label: InputPlane1 8p,>y(o  
    2D Transverse: P#bm uCOS  
    Center Position: 4.5 k~|ZO/X@l%  
    Half width: 5.0 ` ,-STIh)  
    Titlitng Angle: 45 Iaa|qJ4  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 <G9<"{  
    图2.波导结构(未设置周期)
    m5qCq9Y  
    lko3]A3  
    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。 sL mW\\kA>  
    将Linear2代码段修改如下: f?m5pax|  
    Dim Linear2 %&1$~m0  
    for m=1 to 8 Nuq(4Yf1W  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) *h])mqhB  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 $Q ffrU'  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" !qS05  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" JU2P%3  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" PL!tk^;6-  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" o@',YF>OQ  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" `\e'K56W6  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True *vD/(&pQ1:  
    2<m Q,,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。 % &2B  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    `.`FgaJ |  
    wOM<X hZ  
    设置仿真参数 fv/v|  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 VLx T"]f  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: `W="g6(  
    TE simulation m&ZJqsZIL  
    Mesh Delta X: 0.015 . Nk6  
    Mesh Delta Z: 0.015 30BR 0C  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps #4lHaFq  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ^@Y9!G=  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 9<w=),R`8  
            其它参数保持默认 kp.|gzA6  
    运行仿真 F*. /D~K  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 flPZlL  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 5@iy3olP  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 NC;T( @  
    du8!3I  
    远场分析衍射 uiuTv)pwF  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” > `0| X  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 TftOYY.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 i >J:W"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) jigbeHRy  
    图4.远场计算对话框
    |<'10  
    &!4( 0u  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: EO"=\C,  
    Wavelength: 0.63 :nt}7Dn'  
    Refractive index: 1.5+0i PXR0Yn  
    Angle Initial: -90.0 Vj29L?3  
    Angle Final: 90.0 VBhE{4J  
    Number of Steps: 721 LuLy6]6D;  
    Distance: 100, 000*wavelength j#CuR7m  
    Intensity +6uOg,;  
    8R&z3k;!t  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ~xP Szf  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 YdPlN];[  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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