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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: p19@to5l  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 39P55B/o%  
    •光栅布局模拟和后处理分析 =GF=_Ac  
    布局layout n9J{f"`m  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 u'_}4qhCC;  
    图1.二维光栅布局
    VzHrKI  
    </xf4.C  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 m}RZ )c  
    ,>kVVpu  
    步骤: SvvNk  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ?{`7W>G  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 a`f@&A`z  
    Wafer Dimensions: dlCYdwP  
    Length (mm): 8.5 v;;3 K*c>  
    Width (mm): 3.0 2; ,8 u  
    J!5b~8`v  
    2D wafer properties: 6XU p$Pd(  
    Wafer refractive index: Air o}/|"(K  
    3 点击 Profiles 与 Materials. DQXcf*R  
    GQ@mQ=i  
    在“Materials”中加入以下材料 \ ya@9OA  
    Name: N=1.5 Q25VG5 G  
    Refractive index (Re:): 1.5 y1PyH  
    C f d* Q  
    Name: N=3.14 -PSgBH[  
    Refractive index (Re:): 3.14 =QtFJ9\  
    ?H@<8Ra=3  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: j_<!y(W  
    Name: ChannelPro_n=3.14 zixG}'  
    2D profile definition, Material: n=3.14 rEj[XK  
    +>!nqp  
    Name: ChannelPro_n=1.5 C<(oaeQY  
    2D profile definition, Material: n=1.5 \( {'Xo >(  
    3Xd:LDZ{  
    6.画出以下波导结构: sw$uZ$$~#  
    a. Linear waveguide 1 @/^mFqr2  
    Label: linear1 z5M6  
    Start Horizontal offset: 0.0 V8B4e4F  
    Start vertical offset: -0.75 ][?J8F  
    End Horizontal offset: 8.5 &b5(Su  
    End vertical offset: -0.75 -XV+F@`Md  
    Channel Thickness Tapering: Use Default id5`YA$  
    Width: 1.5 =|IlORf<  
    Depth: 0.0 KHHYk>FR  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 !\BZ_guz  
    t4v'X}7q]  
    b. Linear waveguide 2 VlA]A,P}i  
    Label: linear2 JOt(r}gU  
    Start Horizontal offset: 0.5 6V JudNA  
    Start vertical offset: 0.05 R3|4|JlGR  
    End Horizontal offset: 1.0 Q35\wQ#  
    End vertical offset: 0.05 _r\M}lDh*  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ^&1O:G*"  
    Width: 0.1 z_ycH%p  
    Depth: 0.0 \2a;z<(  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 f ?k0(rl  
    LPJ7V` !k  
    7.加入水平平面波: [t fB*m5  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: -#;xfJE  
    Input field Transverse: Rectangular c6 mS  
    X Position: 0.5 AK&>3D  
    Direction: Negative Direction V27RK-.N!  
    Label: InputPlane1 U[?_|=~7  
    2D Transverse: N2A6C$s  
    Center Position: 4.5 si6CWsb_f  
    Half width: 5.0 b1 w@toc  
    Titlitng Angle: 45 iD_y@+iz  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 =cjO]  
    图2.波导结构(未设置周期)
    I)FFh%m<}a  
    LiT%d  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 0@cIj ]  
    将Linear2代码段修改如下: qNj?Rwc  
    Dim Linear2 13 #ff  
    for m=1 to 8 Muk J^h*V  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) t sUu  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 <YFDS;b|  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" vQi=13Pw  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" eP>_CrJb  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" YWH>tt 9  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" L7 }nmP>aR  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ={P`Tve  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 0!dNW,NfJ  
    \/3(>g?4  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 kpn|C 9r  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    8Zsaq1S  
    sS}:Od  
    设置仿真参数 .@OQ$ D<  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 23^>#b7st  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: {ac$4#Bp[B  
    TE simulation B0Wf$ s^7t  
    Mesh Delta X: 0.015 ^{MqJ\S7H  
    Mesh Delta Z: 0.015 iG6]Pr|;e  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps <<MpeMi  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 8~C}0H  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ftPps -  
            其它参数保持默认 ~-7/9$ay5  
    运行仿真 ?{f6su@rW  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 15j5F5P   
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 %BkE %ZcZ  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 L4/ns@e  
    (X"5x]7]  
    远场分析衍射 a4^hC[a  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” KUZi3\p9W>  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 q\o#<'F1J  
    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 $oQOOa@;i)  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) Zwc&4:5%  
    图4.远场计算对话框
    MZh.Xo  
    GE!nf6>Km  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: \T_ZcV  
    Wavelength: 0.63 BNdq=|,+"  
    Refractive index: 1.5+0i |cY HH$  
    Angle Initial: -90.0 Ln,<|,fZN  
    Angle Final: 90.0 # atq7t X  
    Number of Steps: 721 cDz@3So.b  
    Distance: 100, 000*wavelength !FP ]  
    Intensity $mM"C+dD  
    /8qR7Z^HZ  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 _D4qnb@  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 j "<?9/r  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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