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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: ~+1t 17  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Hu;#uAnxQ  
    •光栅布局模拟和后处理分析 7y60-6r  
    布局layout wvgX5P>  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 )UxF lp;\  
    图1.二维光栅布局
    0>AA-~=-  
    ^v`|0z\  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 r..Rh9v/=E  
    VJPt/Dy{  
    步骤: 3cs'Oz<w  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 , n+dB2\  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 KI# hII[Q.  
    Wafer Dimensions: OW6i2>Or  
    Length (mm): 8.5 Va{`es)hky  
    Width (mm): 3.0 0R; ;ou  
    e}Db-7B_~  
    2D wafer properties: 9 Z4H5!:(  
    Wafer refractive index: Air ('>!dXA$  
    3 点击 Profiles 与 Materials. p{88v3b6  
    3vMfms  
    在“Materials”中加入以下材料 "d{ |_Cf  
    Name: N=1.5 U/TF,JUI  
    Refractive index (Re:): 1.5 M,7v}[Tbl  
    p^^<BjkQ  
    Name: N=3.14 Xp%JPI {  
    Refractive index (Re:): 3.14 X)'uTf0  
    uv Z!3UH.  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: j{nL33T%  
    Name: ChannelPro_n=3.14 []'BrG)!  
    2D profile definition, Material: n=3.14 -`A6K!W&~p  
    &6!x;RB  
    Name: ChannelPro_n=1.5 tNq~M  
    2D profile definition, Material: n=1.5 2o6%P}C  
    >8QLo8)3C  
    6.画出以下波导结构: /5SBLp}Sy  
    a. Linear waveguide 1 &,bJ]J)8O  
    Label: linear1 KecRjon~  
    Start Horizontal offset: 0.0 ;Q\Duj  
    Start vertical offset: -0.75 IY+P Yad  
    End Horizontal offset: 8.5 \QQw1c+  
    End vertical offset: -0.75 {wK98>$a  
    Channel Thickness Tapering: Use Default N U\B  
    Width: 1.5 `vUilh ^c  
    Depth: 0.0 Ia[e 7  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 YQ;?N66  
    J](AJkGzK  
    b. Linear waveguide 2 LKTIwb>  
    Label: linear2 cbNrto9  
    Start Horizontal offset: 0.5 V) C4 sG  
    Start vertical offset: 0.05 YGNO]Q~A  
    End Horizontal offset: 1.0 |&3[YZY  
    End vertical offset: 0.05 XZ}]H_, n  
    Channel Thickness Tapering: Use Default K&\xbT  
    Width: 0.1 ZI}7#K<9X  
    Depth: 0.0 3u _[=a  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 6gNsh  
    ~CQsv `  
    7.加入水平平面波: ,A4v|]kq]  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: >6KuZ_  
    Input field Transverse: Rectangular  GMrjZ  
    X Position: 0.5 IyOb0WiEj  
    Direction: Negative Direction 1 VcZg%I  
    Label: InputPlane1 t[Qf|#g  
    2D Transverse: S&q@M  
    Center Position: 4.5 9-5H~<}fF  
    Half width: 5.0 ]oUvC  
    Titlitng Angle: 45 +co VE^/w  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 **N{XxdN  
    图2.波导结构(未设置周期)
    A_i=hj 2f  
    f,9/Yg_  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 9'Le}`Gf  
    将Linear2代码段修改如下: )w4i0Xw^C:  
    Dim Linear2 >^=up f/  
    for m=1 to 8 &gR)Y3  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ]ri5mnB  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 !:]CKbG  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" UP'~D]J  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Y23- Im  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" *eK\W00  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 0}$Zr*|;Y  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" H`d595<=i;  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True P%2aOsD0  
    TF R8  
    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。 NwP!.  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    UuPXo66F ]  
    XYj!nx{k,  
    设置仿真参数 Se{x-vn?p  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 C9OEB6  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: +N n $  
    TE simulation l!qhK'']V"  
    Mesh Delta X: 0.015 _Wg?H:\  
    Mesh Delta Z: 0.015 :{BD/6  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps A#k(0e!O  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 = p{55dR  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Lz6b9W  
            其它参数保持默认 Pw+PBIGn4  
    运行仿真 XB0G7o%1  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 M~+}ss  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 1K{u>T  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ( f]@lNmx  
    E.LD1Pm0  
    远场分析衍射 WVZ](D8Gc]  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ~?#>QN\\c  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 H?oBax:  
    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 R RRF/Z;))  
    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) OEi u,Y|@l  
    图4.远场计算对话框
    hQ7-m.UZw  
    . ,h>2;f  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: p+7G  
    Wavelength: 0.63  R.x^  
    Refractive index: 1.5+0i x%_VzqR`  
    Angle Initial: -90.0 R5Pk>-KF  
    Angle Final: 90.0 kx{LY`pY  
    Number of Steps: 721 #ME!G/  
    Distance: 100, 000*wavelength c~``)N  
    Intensity I-Q@v`  
    aC90IJ8^  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ~F"<Nq  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 (fA>@5n  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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