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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: {XMF26C#  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ?hh 4M  
    •光栅布局模拟和后处理分析 /q4<ZS#  
    布局layout fA u^%jiU  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 M@rknq@  
    图1.二维光栅布局
    7m6@]S6  
    [s-Km/  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 .17WF\1HC.  
    \v7M`! &  
    步骤: ZM/*cA!"  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ocCC63J  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 P1b5=/}:V  
    Wafer Dimensions: **V^8'W<  
    Length (mm): 8.5 [q/=%8qLUA  
    Width (mm): 3.0 3 T$gT  
    dnVl;L8L3  
    2D wafer properties: 0/d+26lR  
    Wafer refractive index: Air LL+ROX^M  
    3 点击 Profiles 与 Materials. )miY>7K  
    GZ# 6}/;b  
    在“Materials”中加入以下材料 `<Xq@\H  
    Name: N=1.5 k=j--`$8k  
    Refractive index (Re:): 1.5 k&4@$;Ap  
    n$Z@7r  
    Name: N=3.14 AvdxDN  
    Refractive index (Re:): 3.14 , ;L  
     h&\%~LO.  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: P SDzs\s  
    Name: ChannelPro_n=3.14 &k+G^ !=s#  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ID" '`DKxe  
    C`c;I7  
    Name: ChannelPro_n=1.5 $v?+X20  
    2D profile definition, Material: n=1.5 UH1AT#?!W  
    TTaSg\K  
    6.画出以下波导结构: 'f9 fw^  
    a. Linear waveguide 1 cg$@x\fJ  
    Label: linear1 5 T1M:~u i  
    Start Horizontal offset: 0.0 p#W[he  
    Start vertical offset: -0.75 *R.Q!L v+  
    End Horizontal offset: 8.5 0[@ 9f1Nk4  
    End vertical offset: -0.75 TN}YRXtW+  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 76a+|TzR  
    Width: 1.5 eOa:%{Kj  
    Depth: 0.0 [$_d|Z  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 60P^aj$V  
    F23/|q{{  
    b. Linear waveguide 2 J&w%lYiu5  
    Label: linear2 2Q`@lTUv  
    Start Horizontal offset: 0.5 1\:puC\)  
    Start vertical offset: 0.05 ;hi+.ng_  
    End Horizontal offset: 1.0 :SilQm*Pl  
    End vertical offset: 0.05 L DD^X@q  
    Channel Thickness Tapering: Use Default d:C-   
    Width: 0.1 YHN@?}T()  
    Depth: 0.0 Q.H y"~  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 7Wb:^.d g  
    x g~q'>  
    7.加入水平平面波: 1J<Wth{  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: r+fR^hv  
    Input field Transverse: Rectangular rMIr&T  
    X Position: 0.5 bj4cW\b(  
    Direction: Negative Direction _sIhQ8$:  
    Label: InputPlane1 ri&B%AAc  
    2D Transverse: z5-vx`  
    Center Position: 4.5 y6ntGrZ}$  
    Half width: 5.0 [uP_F,Y/  
    Titlitng Angle: 45 |LA./%U  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 kD:O$8[J8  
    图2.波导结构(未设置周期)
    `2\vDy1,j  
    }Z*@EWc>  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 >=-w2&  
    将Linear2代码段修改如下: MVU5+wX  
    Dim Linear2 [=079UN-X  
    for m=1 to 8 l-4T Tg  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) I`kaAOe  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 I=X-e#HM?  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" /gh=+;{  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Qi`Lj5;\F  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Q':xi;?Kt  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 5qtZ`1Hq  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" tjc3;9  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True %7 h _D  
    mDz{8N9<FG  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 8#NtZ  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    !K^.r_0H.  
    f3Ior.n(  
    设置仿真参数 TB 9{e!4  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 & .VciSq6  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 22S4q`j  
    TE simulation o@j]yA.5)  
    Mesh Delta X: 0.015 %[0V>  
    Mesh Delta Z: 0.015 @ qWgokf  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ocBfs^ aW  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 3a #2 }  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 +@[T0cXp  
            其它参数保持默认 ?#"rI6  
    运行仿真 4hdxqI!y2  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 d;O16xcM/  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 q15t7-Z6  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 )8vz4e Y  
    fH? e9E4l  
    远场分析衍射 ^lhV\YxJ  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Y`jvza%  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 0A\OZ^P8  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 NfizX!w&  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) I\E`xkbBu  
    图4.远场计算对话框
    1o\P7P Le  
    >aXyi3B  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: U 2am1}  
    Wavelength: 0.63 8enlF\I8g  
    Refractive index: 1.5+0i  (`PgvBL:  
    Angle Initial: -90.0  4b]/2H  
    Angle Final: 90.0 i356m9j  
    Number of Steps: 721 {/`iZzPg  
    Distance: 100, 000*wavelength /NfuR$oMd  
    Intensity bb}zn'xC  
    (A(7?eq  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 cM%I5F+n  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 7l}P!xa&  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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