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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: h [*/Tnr  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 TL u+5f  
    •光栅布局模拟和后处理分析 NzS(, F  
    布局layout oP >+2.i  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 (~S=DFsP  
    图1.二维光栅布局
    ? nx3# <  
    x -;tV=E}  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 +/O3L=QyJ  
    9u[^9tL+D  
    步骤: |ppG*ee  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 .cks ){\  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 7slpj8  
    Wafer Dimensions: 7pPaHX8  
    Length (mm): 8.5 *G rYB6MT  
    Width (mm): 3.0 ,bTpD!  
    _43'W{%  
    2D wafer properties: '#<4oW\]  
    Wafer refractive index: Air qAI %6d  
    3 点击 Profiles 与 Materials. a+mrsyM  
    6LRvl6ik  
    在“Materials”中加入以下材料 P;8nC:zL  
    Name: N=1.5  'ug:ic  
    Refractive index (Re:): 1.5 c'|](vOd]  
    WwDd62g  
    Name: N=3.14 [D%(Y ~2  
    Refractive index (Re:): 3.14 E P3Vz8^  
    HQkK8'\LP  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: j_3`J8WwF  
    Name: ChannelPro_n=3.14 uH{oJSrK  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ) kMF~S|H  
    ~a$h\F'6  
    Name: ChannelPro_n=1.5 }G/!9Zq  
    2D profile definition, Material: n=1.5 = Ed0vw  
    ;_X2E~i[  
    6.画出以下波导结构: `!(I Q&  
    a. Linear waveguide 1 0Sj B&J  
    Label: linear1 /\. [@]  
    Start Horizontal offset: 0.0 Lv&9s  
    Start vertical offset: -0.75 9Bao~(j/k  
    End Horizontal offset: 8.5 =h\unQ1T  
    End vertical offset: -0.75 p>N8g#G  
    Channel Thickness Tapering: Use Default {8* d{0l  
    Width: 1.5 ;rRV=$y  
    Depth: 0.0 Z% DJ{!Hnh  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 |:w)$i& *  
    "wy2u~  
    b. Linear waveguide 2 ~pT1,1  
    Label: linear2 q6PG=9d0B  
    Start Horizontal offset: 0.5 d{J@A;d a  
    Start vertical offset: 0.05 X5pb9zRq  
    End Horizontal offset: 1.0 R53^3"q~  
    End vertical offset: 0.05 =`ZRPA!aY  
    Channel Thickness Tapering: Use Default KCIya[$*  
    Width: 0.1 NkV81?  
    Depth: 0.0 2@N9Zk{{J  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 B:Y F|k}T  
    Jmuyd\?,b  
    7.加入水平平面波: q|{z9V<  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: "Zfm4Nx "  
    Input field Transverse: Rectangular n:[@#xs-  
    X Position: 0.5 lc8g$Xw3  
    Direction: Negative Direction 9=q&SG  
    Label: InputPlane1 >4#: qIU  
    2D Transverse: D0Mxl?S?  
    Center Position: 4.5 G?v!Uv8O  
    Half width: 5.0 7gcR/HNeF  
    Titlitng Angle: 45 c@2a)S8Y]  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 OqWm5(u&S  
    图2.波导结构(未设置周期)
    8@[S,[  
    _7z]zy@PC5  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 -2[#1S*  
    将Linear2代码段修改如下: <+-=j  
    Dim Linear2 78\j  
    for m=1 to 8 A`#?Bj   
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ?fN6_x2e3  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 zO2=o5nF.  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 182g6/,  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" '?jsH+j+  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Xj{gyLs  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" #*q]^Is"  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Y7zs)W8xTT  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True &~Y%0&F,&  
    &09&;KJ  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 =;4K5l{c  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    jEE!H /  
    wz)s  
    设置仿真参数 IG{ lr  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 @ x .`z  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: z4 <_>)p  
    TE simulation K&n-(m%  
    Mesh Delta X: 0.015 9%Tqk"x?  
    Mesh Delta Z: 0.015 ?em8nZ'  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Do77V5  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 +HPcv u?1  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 D;s%cL`  
            其它参数保持默认 ]ag{sU@#  
    运行仿真 ZH|q#< {l  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 o5j6(`#;  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ",&QO 7_  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 zrqI^i"c  
    -b iE  
    远场分析衍射 HE35QH@/`  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” >|c?ZqW  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 %*szB$ [3  
    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 D+v?zQw  
    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) n 7i5A:  
    图4.远场计算对话框
    Q=8YAiCu  
    Xy%||\P{)  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: f=k#o2  
    Wavelength: 0.63 ZG 0^O"B0  
    Refractive index: 1.5+0i bZ1*:k2  
    Angle Initial: -90.0 `kJ)E;v;3  
    Angle Final: 90.0 ?_FL 'G  
    Number of Steps: 721 Pn^`_  
    Distance: 100, 000*wavelength `u}_O(A1pA  
    Intensity ;py9,Wno  
    0VcHz$ 6  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 #Lpw8b6  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 L {P'mG=4  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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