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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: ~ (I'm[  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 n$&xVaF|  
    •光栅布局模拟和后处理分析 U= QfInB  
    布局layout vau0Jn%=ck  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 FwKT_XkY  
    图1.二维光栅布局
    p;$Vw6W=  
    kqdF)Wa am  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 K =nW|^  
    2j*;1  
    步骤: @ W[LA<  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 m_ >+$uL  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ]rU$0)VN  
    Wafer Dimensions: Y=94<e[f"  
    Length (mm): 8.5 ='"DUQH|*  
    Width (mm): 3.0 QU{|S.\  
    99)md   
    2D wafer properties: ay4E\=k  
    Wafer refractive index: Air "-bsWC  
    3 点击 Profiles 与 Materials. y(!J8(yA  
    :.u[^_   
    在“Materials”中加入以下材料 2GkJ7cL  
    Name: N=1.5 oS.fy31p  
    Refractive index (Re:): 1.5 Cp{ j+Ia  
    jr,j1K@_t  
    Name: N=3.14 *>"k/XUn$  
    Refractive index (Re:): 3.14 BUhLAO  
    <? h`  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: KicPW}_  
    Name: ChannelPro_n=3.14 H & L  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ;]/>n:[ E  
    -SO`wL NV  
    Name: ChannelPro_n=1.5 :s(vn Ie^  
    2D profile definition, Material: n=1.5 CI%4!K;{  
    fiG/ "/u  
    6.画出以下波导结构: 0{0BL@H  
    a. Linear waveguide 1 N!RkV\:X  
    Label: linear1 }fzv9$]$  
    Start Horizontal offset: 0.0 E6 glR  
    Start vertical offset: -0.75 ZoFQJJK56B  
    End Horizontal offset: 8.5 ~Q4 emgBD  
    End vertical offset: -0.75 VkKq<`t<  
    Channel Thickness Tapering: Use Default B}Lz#'5_  
    Width: 1.5 #*r u*  
    Depth: 0.0 c^Y&4=>T  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 g3*" ^C2=  
    ^ hoz<Ns  
    b. Linear waveguide 2 8}5dyn{cvE  
    Label: linear2 <Vu/6"DP  
    Start Horizontal offset: 0.5 >'\cNM~nf  
    Start vertical offset: 0.05 +*Um:}&  
    End Horizontal offset: 1.0 Gn+3OI"  
    End vertical offset: 0.05 5yC$G{yV  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 5 *w a  
    Width: 0.1 \*24NB  
    Depth: 0.0 UBN^dbP*  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 gtizgUS7  
    u>e4;f`F  
    7.加入水平平面波: d`M]>EDXp  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Av3qoH)[<  
    Input field Transverse: Rectangular XnBpL6"T`  
    X Position: 0.5 ?$:;hGO.<~  
    Direction: Negative Direction R[ 'k&jyi  
    Label: InputPlane1 \Pv_5LAo  
    2D Transverse: e7fA-,DV  
    Center Position: 4.5 )qi/>GR,  
    Half width: 5.0 g(9\r  
    Titlitng Angle: 45 j9sK P]w  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 c_oI?D9  
    图2.波导结构(未设置周期)
    u2p5* gzZ  
    >%vw(pt  
    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。 aahAUhF  
    将Linear2代码段修改如下: SHM ?32'  
    Dim Linear2 5)%bnLxn  
    for m=1 to 8 _'g'M=E  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) QEUr+7[  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 [8T  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 3M/iuu  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" %FN3/iM  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" M!KHBr  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" t")+ L{  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" @ P[o  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ,(%?j]_P2  
    OI=LuWGQE1  
    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。 UIpW#t  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Y6_%HYI$  
    `vkNp8|  
    设置仿真参数 i{['18Q$F3  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 d@ +}_R"c  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 2!6+>nvO  
    TE simulation X)-9u8  
    Mesh Delta X: 0.015 ~j1.;WId[  
    Mesh Delta Z: 0.015 bzI!;P1&  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps qNhV zx  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 &) '5_#S  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 jGM+  
            其它参数保持默认 t>W^^'=E  
    运行仿真 @ y{i.G  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 lkj^<%N"r  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 NT qtr="  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 3$]SP1Mc(  
    M"q]jeaM  
    远场分析衍射 rZ.,\ X_  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” fx W,S  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 h)O<bI8  
    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 @uIY+_E40g  
    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) WK{{U$:$  
    图4.远场计算对话框
    t>04nN_@,s  
    ?dWfupO{  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 3YtFO;-  
    Wavelength: 0.63 I'23$IzPA  
    Refractive index: 1.5+0i F vJJpPS  
    Angle Initial: -90.0 x~7_`=}rO  
    Angle Final: 90.0 c"vF i~Db  
    Number of Steps: 721 >a5M:s)  
    Distance: 100, 000*wavelength f87> ul!*  
    Intensity .JR"|;M}  
    ~:65e 8K  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ZBDEE+8e  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 kR C0iTV'I  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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