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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: ,_t}\7  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 @-qC".CI  
    •光栅布局模拟和后处理分析 m4@w M?  
    布局layout ku=XPmZ.\  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 x?Oc<CQ-2  
    图1.二维光栅布局
    c'6$`nC  
    ./;*L D  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 c )o[3o7  
    }tZA7),L  
    步骤:  =!Y{Mz  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 84dej<   
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 _A/ ]m4  
    Wafer Dimensions: zoBjrAyD  
    Length (mm): 8.5 V_7xXuM/  
    Width (mm): 3.0 <ByDT$E_  
    =8fZG t  
    2D wafer properties: *`V-zD  
    Wafer refractive index: Air $$G^#t1=XZ  
    3 点击 Profiles 与 Materials. KBFAV&  
    xR;-qSl7Ms  
    在“Materials”中加入以下材料 !P26$US%P  
    Name: N=1.5 &hYjQ&n  
    Refractive index (Re:): 1.5 QcQ|,lA.HI  
    Q-N.23\1  
    Name: N=3.14 &_E*]Sj\  
    Refractive index (Re:): 3.14 DP_ bB(  
    Gu_Rf&:  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: T {lJ[M  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ]g; K_>@  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Zb#  
    uNY]%[AnJ  
    Name: ChannelPro_n=1.5 .tb~f@xL  
    2D profile definition, Material: n=1.5 | Y1<P^  
    SVo`p;2r  
    6.画出以下波导结构: tgYIM`f  
    a. Linear waveguide 1 u$[T8UqF  
    Label: linear1 7iKbd  
    Start Horizontal offset: 0.0 ?Xo9,4V1  
    Start vertical offset: -0.75 {:enoV"  
    End Horizontal offset: 8.5 y!^RL,HIL  
    End vertical offset: -0.75 ':w6 {b  
    Channel Thickness Tapering: Use Default c~|/,FZU'  
    Width: 1.5 o&~z8/?LA  
    Depth: 0.0 )V}u1C-N  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 vP'R7r2Yx  
    E%-&!%_>D@  
    b. Linear waveguide 2 qwaw\vOA  
    Label: linear2 8`qw1dF  
    Start Horizontal offset: 0.5 q+o(`N'~G  
    Start vertical offset: 0.05 VuZmX1x)N  
    End Horizontal offset: 1.0 8LwbOR"  
    End vertical offset: 0.05 s}9aZ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default }Gz"og*8  
    Width: 0.1 ^HL#)fK2I  
    Depth: 0.0 T "G!H  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 {hRAR8  
    hoeTJ/;dm  
    7.加入水平平面波: D\V}Eo';6  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 1 )j%]zd2  
    Input field Transverse: Rectangular j`'=K_+nU  
    X Position: 0.5 W#y)ukRv  
    Direction: Negative Direction oaBfq8,;  
    Label: InputPlane1 +uwjZN'9a  
    2D Transverse: d*>M<6b-  
    Center Position: 4.5 ,_lwT}*w  
    Half width: 5.0 Qw5M\   
    Titlitng Angle: 45 SqTm/ t  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 6U+#ADo  
    图2.波导结构(未设置周期)
    v @N8v  
    ypd  
    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。 SKfv.9  
    将Linear2代码段修改如下: IB*%PM TF  
    Dim Linear2 Y9w= [[1  
    for m=1 to 8  BW\R  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) uV 6f~cQ  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Z21XlbK   
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" [bOy, ^@4  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" v*BA\&  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" nC&rQQFF  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" MB |(,{S  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" X}usyO'pW  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Mm[%v t40  
    O: BP35z_F  
    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。 @i)tQd!s  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    sy@k3wQ  
    UU ,)z  
    设置仿真参数 *<A;jP  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 =k/n  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: Xs`:XATb/  
    TE simulation wFd*6%  
    Mesh Delta X: 0.015 W>Rv  
    Mesh Delta Z: 0.015 2\5@_U^)h  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps wRiP5U,  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 }.gg!V'9w  
    Number of Anisotropic PML layers: 15  7:p]~eM)  
            其它参数保持默认 TwhK>HN  
    运行仿真 z vYDE]  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 $cy:G  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 */+s^{W7  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 e-K8K+7  
    {oJa8~P  
    远场分析衍射 :<v$vER,&  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” \rN_CBM  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ) k2NF="o  
    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 JX/d;N7a  
    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) &4%J35~  
    图4.远场计算对话框
    'OihA^e  
    &+^ # `nq  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: y-X'eCUz  
    Wavelength: 0.63 i-=ff  
    Refractive index: 1.5+0i LK%B6-;~-  
    Angle Initial: -90.0 ?7p| F^  
    Angle Final: 90.0 k2WO*xa*  
    Number of Steps: 721 \9?<E[  
    Distance: 100, 000*wavelength  =*Yc/  
    Intensity 6;b 'j\jG  
    (hV"z;rI  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ii2Z }qe  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 jlP7'xt1%  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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