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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: R\o<7g-|  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ?\C"YG69T  
    •光栅布局模拟和后处理分析 }cT_qqw(f%  
    布局layout >e\9Bf_  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 =]:>"_jN  
    图1.二维光栅布局
    Ee`1F#c  
    PV|uPuz  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 64hk2a8  
    mM`wITy  
    步骤: TXe$<4"  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 3nZo{p:E  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 M\yT).>z  
    Wafer Dimensions: (`y*V;o4  
    Length (mm): 8.5 O'Js}  
    Width (mm): 3.0 sB;@>NY  
    Yjx|9_|Xn  
    2D wafer properties: ()~pY!)1/  
    Wafer refractive index: Air TMY d47  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ?LvCR_D:  
    w)Covz'uf  
    在“Materials”中加入以下材料 &f&z_WU  
    Name: N=1.5 p.LFVFPT  
    Refractive index (Re:): 1.5 @|Rrf*J?%  
    MEwo}=B  
    Name: N=3.14 #1>X58I^  
    Refractive index (Re:): 3.14 Z!hafhcX  
    ABUSTf<  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 5nsq[Q`  
    Name: ChannelPro_n=3.14 kF/9-[]$g,  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ,"B+r6}EF  
    ]Kr `9r),  
    Name: ChannelPro_n=1.5 &hRvol\J  
    2D profile definition, Material: n=1.5 G "73=8d  
    OKoan$#sn  
    6.画出以下波导结构: liXdNk8  
    a. Linear waveguide 1 >nzdnF_&zW  
    Label: linear1 !?|Th5e   
    Start Horizontal offset: 0.0 {mAU3x  
    Start vertical offset: -0.75 ;3' .C~   
    End Horizontal offset: 8.5 .'Vww  
    End vertical offset: -0.75 XLH0 ;+CL{  
    Channel Thickness Tapering: Use Default br|;'i%(  
    Width: 1.5 uDEvzk42  
    Depth: 0.0 O BN2 ) j  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 .k,kTr$ S  
    gG/!,Q.Qh  
    b. Linear waveguide 2 LqA@&H  
    Label: linear2 TYy.jFT-  
    Start Horizontal offset: 0.5 fl\ly `_  
    Start vertical offset: 0.05 z<yU-m2h  
    End Horizontal offset: 1.0 7}X[ 4("bB  
    End vertical offset: 0.05 ~Q\3pI. |  
    Channel Thickness Tapering: Use Default l8?>>.<P=  
    Width: 0.1 )kP5u`v  
    Depth: 0.0 3`k;a1Z#O'  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 V3"=w&2]K  
    %mZ{4<7  
    7.加入水平平面波: mya_4I m  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: hNzB4 p  
    Input field Transverse: Rectangular o_'p3nD  
    X Position: 0.5 ;aw=MV  
    Direction: Negative Direction VY3&  
    Label: InputPlane1 XHK70: i  
    2D Transverse: E@ESl0a;  
    Center Position: 4.5 2RX!V@z.G  
    Half width: 5.0 bua+I;b  
    Titlitng Angle: 45 zzyHoZJP  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 vMS |$L  
    图2.波导结构(未设置周期)
    <WcR,d  
    62Z#Y Q}x  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 l6d$V 9A  
    将Linear2代码段修改如下: .,OVzW  
    Dim Linear2 [<6S%s  
    for m=1 to 8 Z-l=\ekJ  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) v#!%GEg1r  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 % ClHCoyA  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" #Y4=J 6  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" /K(o]J0F  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" G%s 2P.cd  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" {j7uv"|X7  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" CY"/uSB  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True O)jWZOVp >  
    Y 1t\iU  
    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。 w'UVKpG+  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    >M`CVUf  
    "OdXY"G  
    设置仿真参数 PBp^|t]E>  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 W' s  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: i(NdGL#P  
    TE simulation ;S>])5<  
    Mesh Delta X: 0.015 wbst8 *$  
    Mesh Delta Z: 0.015 jJ5W>Q1mK$  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps %;rHrDP(>  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 hUF5fZqii  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 } x2DT8u  
            其它参数保持默认 h"/< ?3{  
    运行仿真 urjjw.wZ  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 _iir<}  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 P9vA7[  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 sL\L"rQN6  
    ayfFVTy1d  
    远场分析衍射 yp({>{u7  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” |%' nVxc4r  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 s[w6FXt  
    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 ~W{2Jd  
    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) |563D#?cR  
    图4.远场计算对话框
    ;oy-#p>N%  
    *^:N.&]  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Mw;sLsu  
    Wavelength: 0.63 BBtzs^C|  
    Refractive index: 1.5+0i <=>=.kmGt  
    Angle Initial: -90.0 G{6;>8h  
    Angle Final: 90.0 <psZQdH  
    Number of Steps: 721 Ro9tZ'N!S  
    Distance: 100, 000*wavelength =fO5cA6Z  
    Intensity 70eb]\%  
    @*6 C=LL  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 1q,{0s_kp  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。  [D<1 CF  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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