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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: E`.xu>Yyj  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 oZa'cZNs  
    •光栅布局模拟和后处理分析 /K#k_k  
    布局layout VHxBs  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ,AP0*Ln  
    图1.二维光栅布局
    Co1d44Q  
    X:oOp=y]|  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 oX|T&"&  
    G:<f(Gy  
    步骤: <rBW6o7  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 }R%H?&P  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 /'sv7hg+  
    Wafer Dimensions: (xHmucmwp  
    Length (mm): 8.5 F\ B/q  
    Width (mm): 3.0 suY47DCX)  
     k,:W]KD  
    2D wafer properties: 4j={ 9e<  
    Wafer refractive index: Air &DLWlMGq  
    3 点击 Profiles 与 Materials. G?s9c0f  
    cUY-  
    在“Materials”中加入以下材料 jH< #)R  
    Name: N=1.5 Vu3DP+u|i  
    Refractive index (Re:): 1.5 fpR|+`k  
    =Hg!@5]H  
    Name: N=3.14 Fi/iA%,  
    Refractive index (Re:): 3.14 |J-X3`^\H  
    fz(YP=@ZnP  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: &t= :xVn-M  
    Name: ChannelPro_n=3.14 `HX:U3/  
    2D profile definition, Material: n=3.14 iXDG-_K  
    ~CNB3r5R  
    Name: ChannelPro_n=1.5 L7$f01*  
    2D profile definition, Material: n=1.5 I L*B@E8  
    csy6_q(  
    6.画出以下波导结构: ("8Hku?  
    a. Linear waveguide 1 @7Ec(]yp  
    Label: linear1 ^Hx}.?1  
    Start Horizontal offset: 0.0 2lTt  
    Start vertical offset: -0.75 S%iK);  
    End Horizontal offset: 8.5 =\<NTu  
    End vertical offset: -0.75 cibl j?"Wi  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Va8 }JD  
    Width: 1.5 b j&!$')  
    Depth: 0.0 P T;{U<5  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 \n{# r`T  
    1#vu)a1+b  
    b. Linear waveguide 2 o(hUC$vW  
    Label: linear2 $gl|^c\  
    Start Horizontal offset: 0.5 eC-&.Fl  
    Start vertical offset: 0.05 p:~#(/GWf  
    End Horizontal offset: 1.0 74([~Qs _M  
    End vertical offset: 0.05 L]=]/>jQ6  
    Channel Thickness Tapering: Use Default cfTT7O#Dc  
    Width: 0.1 &W\e 5X<A  
    Depth: 0.0 s~Eo]e  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 $MR1 *_\V  
    *j3 U+HV  
    7.加入水平平面波: jr` swyg  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: f Fi=/}  
    Input field Transverse: Rectangular tK3$,9+  
    X Position: 0.5 hk?i0#7W  
    Direction: Negative Direction xm{?h,U,  
    Label: InputPlane1 JN8Rh  
    2D Transverse: Nw"df=,{  
    Center Position: 4.5 sl$6Zv-l%0  
    Half width: 5.0 Oe Q[-e  
    Titlitng Angle: 45 ntIR#fB  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 S)EF&S(TC  
    图2.波导结构(未设置周期)
    jkk%zu  
    nvR%Ub x  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 }ILBX4c  
    将Linear2代码段修改如下: b$@I(.X:  
    Dim Linear2 e)}E&D;${  
    for m=1 to 8 "]eB2k_>  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Ce+:9}[  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 \|>% /P  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" .rBU"Rbo  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" [[[C`H@  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" JZ}zXv   
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" G8}owszT  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ,1I-%6L  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True z?DCQ  
    lf-.c$.>  
    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。 t^&hG7L_m,  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    y(DT ^>0  
    f>Rux1Je4  
    设置仿真参数 \`y:#N<c  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 2sGKn a  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: uihH")Mo  
    TE simulation Ar)EbGId  
    Mesh Delta X: 0.015 3FvVM0l"  
    Mesh Delta Z: 0.015 +&\. ]Pp  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps b}(c'W*z%  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ICz:>4M-dn  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 "EpH02{i  
            其它参数保持默认 ZY<R Nwu  
    运行仿真 (&.T  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ;8<HB1 &,  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 k9eyl)  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 f%PLR9Nh5@  
    (g@X.*c8  
    远场分析衍射 s/ABT.ZO  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” GJWGT`"  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 e;v"d!H/  
    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 %e[E@H7  
    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) v{$?Ow T/u  
    图4.远场计算对话框
    `Hw][qy#  
    -~c-mt  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Z'A 3\f   
    Wavelength: 0.63 yf*'=q  
    Refractive index: 1.5+0i bj`GGxzOb  
    Angle Initial: -90.0 v#gXXO[P1  
    Angle Final: 90.0 l[~$9C'ji  
    Number of Steps: 721 Zb_A(mnzh  
    Distance: 100, 000*wavelength gdCit-3  
    Intensity jW7ffb `O  
    }J?,?>Z  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 CA|l| t^  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 "'t f]s  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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