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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: 2Q ayM?k8  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 t(?<#KUB-  
    •光栅布局模拟和后处理分析 59!)j>f  
    布局layout h&'=F)5  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 F2>%KuM  
    图1.二维光栅布局
    o3h-=t  
    0kLEBoOh  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 <_:zI r,  
    'G#SLqZy  
    步骤: Lk.h.ST  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 /iC_!nu  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 CLK^gZ  
    Wafer Dimensions: _t-7$d"  
    Length (mm): 8.5 _#'9kx|)  
    Width (mm): 3.0 Do;#NLrWb  
    a %K}j\M  
    2D wafer properties: xm^95}80yh  
    Wafer refractive index: Air mm,lhIh  
    3 点击 Profiles 与 Materials. |.w;r   
    rn" pKUd  
    在“Materials”中加入以下材料 A1_ J sS  
    Name: N=1.5 oI@ 9}*  
    Refractive index (Re:): 1.5 E`)Qs[?Gk  
    -g~~]K%  
    Name: N=3.14 H;I~N*ltJ(  
    Refractive index (Re:): 3.14 (@Zcx9  
    8:{ q8xZ=k  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 7/>a:02  
    Name: ChannelPro_n=3.14 rYGRz#:~+  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Efr&12YSS  
    -P#nT 2  
    Name: ChannelPro_n=1.5 wj%wp[KA$  
    2D profile definition, Material: n=1.5 J Jy{@[m  
    treXOC9^B8  
    6.画出以下波导结构: gpAHC   
    a. Linear waveguide 1 o}~3JBn T  
    Label: linear1 p@tp]u`7  
    Start Horizontal offset: 0.0 ;r!\-]5$  
    Start vertical offset: -0.75 Ae3,^  
    End Horizontal offset: 8.5 0QoLS|voA/  
    End vertical offset: -0.75 Hsl{rN  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ^saM$e^c:  
    Width: 1.5 CG9ba |  
    Depth: 0.0 J@` 8(\(  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ^<;w+%[MT  
    [TCRB`nTQF  
    b. Linear waveguide 2 JZ K7uB,X  
    Label: linear2 d_T<5Hin  
    Start Horizontal offset: 0.5 mP!N<K  
    Start vertical offset: 0.05 1Z:R,\+L  
    End Horizontal offset: 1.0 m!Af LSlwm  
    End vertical offset: 0.05 KjYDFrR4  
    Channel Thickness Tapering: Use Default uF<S  
    Width: 0.1 *<k&#D"m  
    Depth: 0.0 o+^Eu}[.  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 /"MJkM.~E  
    P6we(I`"2  
    7.加入水平平面波: XU-*[\K  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: A& =pw#  
    Input field Transverse: Rectangular o)!m$Q~v  
    X Position: 0.5 PP-kz;|  
    Direction: Negative Direction o2}N=|&  
    Label: InputPlane1 wlVvxX3%  
    2D Transverse: XnA6/^  
    Center Position: 4.5 `,Zb2"  
    Half width: 5.0 7j T}{ x  
    Titlitng Angle: 45 CB({Rn  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 0n5!B..m}  
    图2.波导结构(未设置周期)
    V{$Sfmey  
    YFqZe6g0$  
    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。 2 `&<bt[g  
    将Linear2代码段修改如下: 6n-r  
    Dim Linear2 z1Q2*:)c  
    for m=1 to 8 J)huy\>,  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) jGiw96,Y  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 o=mo/N4  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" I>Y{>S  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Bb_Q_<DTs  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" :rL?1"   
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" yjd(UWE  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" %^!aB  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ^S=cNSpC  
    )JX$/- RD-  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 B_tQeM  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    0BDoBR  
    *|poxT G  
    设置仿真参数 tQ[]Rc  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 2_N/wR#=&  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: qp@m&GH  
    TE simulation hiIya WU  
    Mesh Delta X: 0.015 0Jg+sUs{  
    Mesh Delta Z: 0.015 4y>(RrVG  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps P4[]qbfd,  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 QQq/5r4O`q  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 GoL|iNW`  
            其它参数保持默认 @E(P9zQ/zy  
    运行仿真 yDuq6`R*  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 7@@<5&mN  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Z+,CL/  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 wo]ks}9  
    ,\}k~ U99  
    远场分析衍射 !U[:5@s06  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” & L'6KEahR  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 !"%S#nrL$  
    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 pD2H  
    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) ?cJA^W  
    图4.远场计算对话框
    TR?Bvy2s:g  
    >qn+iI2U  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: &~}@u[=ux  
    Wavelength: 0.63 90(UgK&Y  
    Refractive index: 1.5+0i w -M7opkq  
    Angle Initial: -90.0 v!KJ|c@m  
    Angle Final: 90.0 [!Ao,rt?Vg  
    Number of Steps: 721 ?ff [$ab  
    Distance: 100, 000*wavelength +8eVj#N  
    Intensity tbS#^Y  
    ;tXY =  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 pSXEJ 2k  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 B/rzh? b  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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