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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: w,P2_xk`  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 "B\qp"N  
    •光栅布局模拟和后处理分析 PeG8_X}u9  
    布局layout Z$@Juv&>5^  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ?>w%Lg{L}  
    图1.二维光栅布局
    ,,6e }o6  
    )cvC9gt  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 J4JKAv~3  
    Aw5yvQ>]e  
    步骤: @Pa ;h  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 -yC},tK  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 hxv/285B  
    Wafer Dimensions: ul:jn]S*  
    Length (mm): 8.5 ;Z8K3p  
    Width (mm): 3.0 !]"T`^5,Y  
    9iv!+(ni  
    2D wafer properties: b,!h[  
    Wafer refractive index: Air %II |;<  
    3 点击 Profiles 与 Materials. &< ~`?-c  
    K}* s^*X  
    在“Materials”中加入以下材料 8J>s|MZ  
    Name: N=1.5 m7d? SU  
    Refractive index (Re:): 1.5 e}Db-7B_~  
    9 Z4H5!:(  
    Name: N=3.14 ?{+}gS^  
    Refractive index (Re:): 3.14 \oaO7w,:"  
    <8'}H`w%  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ,Z3.Le"  
    Name: ChannelPro_n=3.14 jPFA\$To  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ;8ugI  
    05w_/l+  
    Name: ChannelPro_n=1.5 m. XLpD  
    2D profile definition, Material: n=1.5 f>Ij:b`Z2  
    z;Kyg}  
    6.画出以下波导结构: TT>;!nb  
    a. Linear waveguide 1 r% qgLP{v  
    Label: linear1 BCFvqhF7s  
    Start Horizontal offset: 0.0 9V\5`QXu  
    Start vertical offset: -0.75 3Hr ZN+D  
    End Horizontal offset: 8.5 0Pbv7)=XL  
    End vertical offset: -0.75 1YQ|KJ*K  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 0dXWy`Mn  
    Width: 1.5 x|1OGbBK  
    Depth: 0.0 uNLA/hL+n  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 @ UX'(W  
    Yz[^?M%(D  
    b. Linear waveguide 2 P0|V1,)  
    Label: linear2 VBy=X\w]  
    Start Horizontal offset: 0.5 )f,iey\-  
    Start vertical offset: 0.05 1*#64Y5F  
    End Horizontal offset: 1.0 C?X^h{T p  
    End vertical offset: 0.05 l+RBe<Mq  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Z+E@B>D7A^  
    Width: 0.1 TVQ9"C  
    Depth: 0.0 l&[x)W  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ss.wX~I  
    6 fL=2a  
    7.加入水平平面波: lor jMS  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: yX/ 9jk  
    Input field Transverse: Rectangular a! ]'S4JS  
    X Position: 0.5 YG$Y4h" @"  
    Direction: Negative Direction r. :LZEr  
    Label: InputPlane1 l7nc8K  
    2D Transverse: 0]fzjiaGt  
    Center Position: 4.5 Il,2^54q  
    Half width: 5.0 pFx7URZA  
    Titlitng Angle: 45 G D$o |l]\  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 3Oy?_a$  
    图2.波导结构(未设置周期)
    Nxp 7/Nn3  
    ~4<xTP\*  
    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。 P|l62!m<   
    将Linear2代码段修改如下: 1=}+NK!  
    Dim Linear2 u%}zLwMH  
    for m=1 to 8 !Qy%sY  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) !0i  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 -X3yCK?re  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Et}S*!IS  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" M2l0x @|  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Q9Sh2qF^2  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" VG_ PBG(  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" uD4on}  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True *2P%731n5  
    hxZ5EKBy  
    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。 qs 6r9?KP  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    &@<Z7))  
    .nl!KzO6g  
    设置仿真参数 oc7&iL  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 &e0BL z  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: rO[cm}  
    TE simulation m:SG1m_6  
    Mesh Delta X: 0.015 '1+s^Q'pc  
    Mesh Delta Z: 0.015 f{mWy1NH\  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps i&=I5$  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 {<+B>6^  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 H65><38X/  
            其它参数保持默认 ]Dec/Nnj  
    运行仿真 qQ6rF nA  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 4z%::?  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 _UI*W&*  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 hg4d]R,  
    H{hd1  
    远场分析衍射 41Ga-0p  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Di) %vU  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 1 etl:gcEC  
    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 u a%@Ay1|  
    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) Mu: y9o95  
    图4.远场计算对话框
    v]{F.N  
    JJe8x4  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: EdcbWf7  
    Wavelength: 0.63 /o L& <e  
    Refractive index: 1.5+0i wr5ScsNS  
    Angle Initial: -90.0 r ]s7a?O  
    Angle Final: 90.0 7qsu0 .[d  
    Number of Steps: 721 ``mnk>/  
    Distance: 100, 000*wavelength iq1HA.X(  
    Intensity Aqy y\G;  
    *yl?M<28  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 <fS WX>pR  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 vG'6?%38  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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