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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: Ltk'`  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 5&Y%N(  
    •光栅布局模拟和后处理分析 qH 1k  
    布局layout |[6jf!F  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 *\gS 2[S  
    图1.二维光栅布局
    ?HD eiJ kX  
    TNi4H:\  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 sY|by\-c  
    8]G  
    步骤: yT3q~#:  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 YJ6y]r K2,  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 rN$U%\.I  
    Wafer Dimensions: aL)}S%5o?  
    Length (mm): 8.5 oc|%|pmRd<  
    Width (mm): 3.0 %R|_o<(#MJ  
    2Ra}&ie  
    2D wafer properties: *s=jKV#  
    Wafer refractive index: Air +, IMN)?;z  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 3bWYRW  
    -'!K("  
    在“Materials”中加入以下材料 3y# U|&]{  
    Name: N=1.5 a9f!f %9  
    Refractive index (Re:): 1.5 to2#PXf]y  
    aLo^f= S  
    Name: N=3.14 CIt%7 \c  
    Refractive index (Re:): 3.14 ?cyBF*o  
    r%:Q(|v?  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: \zx &5a #  
    Name: ChannelPro_n=3.14  }q$6^y  
    2D profile definition, Material: n=3.14 K3Sa6"U  
    m2{DLw".  
    Name: ChannelPro_n=1.5 v0aV>-v  
    2D profile definition, Material: n=1.5 l_q=@y  
    ]J '#KT{  
    6.画出以下波导结构: a+-X\qN  
    a. Linear waveguide 1 v47S9Vm+  
    Label: linear1 B@+&?%ub:  
    Start Horizontal offset: 0.0 |>'.(  
    Start vertical offset: -0.75 (GCeD-  
    End Horizontal offset: 8.5 W{El^')F  
    End vertical offset: -0.75 ;q"Yz-3  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 9Z[EzKd<~'  
    Width: 1.5 }CM</  
    Depth: 0.0 hx.ln6=4  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 Yl$R$u)  
    `SfBT1#5G  
    b. Linear waveguide 2 If*+yr|  
    Label: linear2 7]8nW!h;  
    Start Horizontal offset: 0.5 bb4 `s0  
    Start vertical offset: 0.05 n5NwiSE  
    End Horizontal offset: 1.0 #/,WgsAC  
    End vertical offset: 0.05 Lu][0+-  
    Channel Thickness Tapering: Use Default w7d<Ky_C  
    Width: 0.1 uHQf<R$:  
    Depth: 0.0 $bCN;yE  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 rYK GBo8"  
    zbL8 pp  
    7.加入水平平面波:  Lw1aG;5  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: m~f J_  
    Input field Transverse: Rectangular ]?<=DHn  
    X Position: 0.5 fep8hf B;  
    Direction: Negative Direction ]ZI ?U<0  
    Label: InputPlane1 F,.dC&B  
    2D Transverse: O{{\jn|lR  
    Center Position: 4.5 uE=pq<  
    Half width: 5.0 _!ITCkBj  
    Titlitng Angle: 45 lP;X=X>  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 B)`@E4i  
    图2.波导结构(未设置周期)
    [-p?gyl  
    bd;?oYV~  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 3;'RF#VL  
    将Linear2代码段修改如下: l h]Q\  
    Dim Linear2 s#* DY  
    for m=1 to 8 {aoG60N  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 8q/3}AnI  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 .l:x!  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ~gi,ky^!  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 4Q?3gA1  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" YVW`|'7)|  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 3*C|"|lJ  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 7Ap==J{a  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ) OE!vA  
    >"|"Gy (  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 *>,#'C2  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    DlF6tcoI  
    HxnWM\p  
    设置仿真参数 .Gcs/PN   
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 9NEL[J|  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: -VafN   
    TE simulation YsA.,   
    Mesh Delta X: 0.015 Ap)pOD7  
    Mesh Delta Z: 0.015 Mrly(*!U"@  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps grZ?F~P8  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 u}(K3H3  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 G|+naZ  
            其它参数保持默认 "V>p  
    运行仿真 XdV(=PS!a@  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 5tUN'KEbN  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 2 e9lk$  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 u d$*/ )/  
    ~ \3j{pr  
    远场分析衍射 "bmWr)  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” S7kZpD $  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 %<rV~9:  
    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 "yG*Kh7ur  
    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) ~fz9AhU8  
    图4.远场计算对话框
    =g^k$ Rc  
    +sm9H"_0  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: _J ZlXY  
    Wavelength: 0.63 PlC8&$   
    Refractive index: 1.5+0i \ ~uY);  
    Angle Initial: -90.0 sA:k8aj  
    Angle Final: 90.0 Jj'dg6QY'  
    Number of Steps: 721 cqZuG}VR  
    Distance: 100, 000*wavelength 0UN65JBuD  
    Intensity Br}0dha3E  
    $guaUe[x  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 i7|sVz=  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 *$*V#,V-  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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