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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: EQET:a:g  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 S1.w^Ccy  
    •光栅布局模拟和后处理分析 |Qo;=~7  
    布局layout m\)z& hv<r  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 pc J5UJY  
    图1.二维光栅布局
    6V KsX+sd  
    PTXy:>]M  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 a= +qR:wT  
    }E+#*R3auB  
    步骤: 8A~5@  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 !'Q/9%g  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 w(zlHj  
    Wafer Dimensions: y'(l]F1]  
    Length (mm): 8.5 h/j+ b.|  
    Width (mm): 3.0 lU`]yL  
    !ZPaU11  
    2D wafer properties: mFC0f?nr  
    Wafer refractive index: Air Z_.Eale^  
    3 点击 Profiles 与 Materials. s_}T -%\  
    KWq7M8mq  
    在“Materials”中加入以下材料 u[$ \ az7  
    Name: N=1.5 yCy4t6`e  
    Refractive index (Re:): 1.5 q90eB6G0g  
    e "5S ;  
    Name: N=3.14 {7LO|E}7  
    Refractive index (Re:): 3.14 eZ#nZB  
    AL74q[>  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: z|; 7;TwA  
    Name: ChannelPro_n=3.14 HS =qK  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Av:5v3%  
    fgVeB;k|  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ;cgc\xm>  
    2D profile definition, Material: n=1.5 [4KW64%l  
    g .ty#Z=:  
    6.画出以下波导结构: - |n\  
    a. Linear waveguide 1 "E =\Vz  
    Label: linear1 Bvj-LT=)  
    Start Horizontal offset: 0.0 r<,W{Va  
    Start vertical offset: -0.75 484lB}H  
    End Horizontal offset: 8.5 o7' cC?u  
    End vertical offset: -0.75 [HGGXgN  
    Channel Thickness Tapering: Use Default  P#m/b<  
    Width: 1.5 }>Gnp c  
    Depth: 0.0 L8("1_  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 }YH@T]O}  
    l3dGe'  
    b. Linear waveguide 2 b1Bu5%bt,:  
    Label: linear2 1:%HE*r  
    Start Horizontal offset: 0.5 #-?pY"N,  
    Start vertical offset: 0.05 ]@)T]  
    End Horizontal offset: 1.0 +Bk" khH  
    End vertical offset: 0.05 5|&8MGW-$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default )y&}c7xW  
    Width: 0.1 ij i<+oul  
    Depth: 0.0 (ds-p[`[m  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 g"gh2#!D  
    N% /if  
    7.加入水平平面波: %upnXRzw  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 0O+[z9  
    Input field Transverse: Rectangular p_T>"v  
    X Position: 0.5 22lC^)`TE  
    Direction: Negative Direction mVFz[xI  
    Label: InputPlane1 $ K1 /^  
    2D Transverse: `\LhEnIwu  
    Center Position: 4.5 R r7r5  
    Half width: 5.0 ZS[(r-)$F  
    Titlitng Angle: 45 JbN@AX:%  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ^c",!Lp}{  
    图2.波导结构(未设置周期)
    D5x }V  
    NfqJ>[}I+  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 qd\5S*Z1  
    将Linear2代码段修改如下: )vVt{g  
    Dim Linear2 mNS7/I\  
    for m=1 to 8 Y Y4"r\V  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) s6Ox!)&  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 %H OMX{~}#  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" am;)@<8~Q  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Fr/3Qp@S  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" z<2!|  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 8l,`~jvU!*  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" (`h$+p^-y  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True gx+bKGB`  
    OL+dx`Y  
    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。 3J t_=!qlo  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ZNb;2 4  
    GQ<]Sd}[  
    设置仿真参数 r~ gjn`W  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 W'2T7ha Es  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 9+<%74|,  
    TE simulation i oCoFj  
    Mesh Delta X: 0.015 V mxVE=l  
    Mesh Delta Z: 0.015 HsrIw  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps P2J{ Ml#  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 h_Ky2IB$  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 X"QIH|qx-  
            其它参数保持默认 p0Cp\.  
    运行仿真 v^;-w~?3  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 a(}dF?M=  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ;M,u,KH)/  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 !9GJ9ZEXM  
    o!.\+[  
    远场分析衍射 {z)&=v@  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” p<>x qU  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ke.{wh\0  
    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 H:9Z.|{Gv  
    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) (eX9O4  
    图4.远场计算对话框
    v @zpF)|  
    \~V Z Y  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: / S  
    Wavelength: 0.63 b~F(2[o  
    Refractive index: 1.5+0i Z9cg,#(D  
    Angle Initial: -90.0  ut6M$d4  
    Angle Final: 90.0 D(3\m)  
    Number of Steps: 721 yn&AMq ]o  
    Distance: 100, 000*wavelength X r7pFw  
    Intensity Q y(Gy'q~  
    |$[WnYP  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ]y&w)-0  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Fua:& 77  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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