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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: ;+4X<)y*>  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 d&5GkD.P  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Q5pm^X._j  
    布局layout u@$pOLI  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 qD/FxR-!  
    图1.二维光栅布局
    |,OTGZgc  
    TM1J1GU  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 `8N],X  
    *r]Mn~3  
    步骤: f+D a W  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 tx{tIw^2;  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 PbN"+qM  
    Wafer Dimensions: +yYSp8>  
    Length (mm): 8.5 1$a dX  
    Width (mm): 3.0 {qkd63 X  
    {uuvgFC  
    2D wafer properties: B^sHFc""V  
    Wafer refractive index: Air O.~@V(7ah  
    3 点击 Profiles 与 Materials. qvhol  
    =| M[JPr  
    在“Materials”中加入以下材料 bLpGrGJs  
    Name: N=1.5 =*?2+ ;  
    Refractive index (Re:): 1.5 %Lwd1'C%  
    Pw_[{LL  
    Name: N=3.14 Je~d/,^WU  
    Refractive index (Re:): 3.14 A`qb5LLJ)  
    B)`^/^7  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: *^5..0du  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ]VS$ ?wD  
    2D profile definition, Material: n=3.14 95CCje{o _  
    0kB!EJ<OdG  
    Name: ChannelPro_n=1.5 9Ucn 6[W  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Obm@2;^g6  
    UCP4w@C  
    6.画出以下波导结构: Cq,hzi-  
    a. Linear waveguide 1 CF k^(V"  
    Label: linear1 l TJqWSV=f  
    Start Horizontal offset: 0.0 DG $._  
    Start vertical offset: -0.75 !.ot&EbE  
    End Horizontal offset: 8.5 =w&<LJPJ  
    End vertical offset: -0.75 1@Zjv>jy[  
    Channel Thickness Tapering: Use Default M1f ^Lx  
    Width: 1.5 }uE8o"q  
    Depth: 0.0 ,lly=OhKb  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 (~>L \]!  
    +=bGrn>h  
    b. Linear waveguide 2 =7c1l77z  
    Label: linear2 Nl^{w'X0h  
    Start Horizontal offset: 0.5 uoe5@j2  
    Start vertical offset: 0.05 wGC)gW  
    End Horizontal offset: 1.0 F+@E6I'g  
    End vertical offset: 0.05 OgTE^W@  
    Channel Thickness Tapering: Use Default vZns,K#4H\  
    Width: 0.1 g(0 |p6R  
    Depth: 0.0 O/(qi8En  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Y+#e| x  
    n_n0Q}du  
    7.加入水平平面波: {&Fh$H!  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: G/Xa`4"_  
    Input field Transverse: Rectangular 43;@m}|7$  
    X Position: 0.5  Y@S?0  
    Direction: Negative Direction .bYDj&]P{  
    Label: InputPlane1 kxg]sr"  
    2D Transverse: m$xyUv1  
    Center Position: 4.5 L/w9dk*uv  
    Half width: 5.0 k]Y#-Q1p~  
    Titlitng Angle: 45  |Aw(v6  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 "kKIVlC  
    图2.波导结构(未设置周期)
    Yp`6305f  
    nr>g0_%m  
    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。 Oifu ?f<r  
    将Linear2代码段修改如下: 1a)NM#  
    Dim Linear2 26E"Ui5q  
    for m=1 to 8 nzTzc5 w  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) OjCT*qyU<  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 +OF(CcA^  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" HlB'yOHv!  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" $;_'5`xs  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ^ZFbp@#U  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" z+1#p.F$@  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" x,js}Mlw  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 1WPDMLuN  
    ?r QMOJR  
    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。 ^)b*"o  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    p1HU2APFP  
    3R?7&oXvH  
    设置仿真参数 Y]b5qguK  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Hi{c[;  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 2;4Of~  
    TE simulation B:tST(  
    Mesh Delta X: 0.015 -pj&|< h+9  
    Mesh Delta Z: 0.015 56*}}B$?  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Y$EqBN  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。  y'Xg"  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 F]W'spF,  
            其它参数保持默认 ,SJB 3if  
    运行仿真 ~\K+)(\SNp  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 !cLX1S  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 f3-=?Z  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 Q/iaxY#  
    DT(A~U<y  
    远场分析衍射 TD,W*(b  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Y.@ vdW  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 K/G|MT)  
    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 N40.GL0s  
    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) mY.[AIB  
    图4.远场计算对话框
     KEsMes(*  
    zb~!> QIz{  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: W)V"QrFK  
    Wavelength: 0.63 !l_ 1r$  
    Refractive index: 1.5+0i El0|.dW  
    Angle Initial: -90.0 #:{PAt  
    Angle Final: 90.0 D<}KTyG]  
    Number of Steps: 721 A7-QOqST(  
    Distance: 100, 000*wavelength hH{&k>  
    Intensity ZSYXUFz  
    }MrR svN  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 .0#?u1gXsX  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 PR~ho&!  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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