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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~L0{` 0  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 5yh/0i5|  
    •光栅布局模拟和后处理分析 G@!z$  
    布局layout <j}lp-  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 N5|Rmfo1  
    图1.二维光栅布局
    ~Y= @$!Uq  
    O|kKwadC  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 9D@$i<D:  
    y-?>*fN o  
    步骤: 0m[dP  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 C>^D*C(  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 fbrp#G71y  
    Wafer Dimensions: ?{o/I\\  
    Length (mm): 8.5 >QQ(m\a$  
    Width (mm): 3.0 m:tiY [c>W  
    l2v_?j-)x  
    2D wafer properties: >(9F  
    Wafer refractive index: Air {!ZyCi19  
    3 点击 Profiles 与 Materials. @54*.q$  
    ]>##`X  
    在“Materials”中加入以下材料 oqkVYlE  
    Name: N=1.5 U3;aLQ*  
    Refractive index (Re:): 1.5 -P=g3Q i  
    $X`y%*<<v  
    Name: N=3.14 HgBJf~q~U  
    Refractive index (Re:): 3.14 O/AE}]  
    BJjx|VA+  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: XR# ;{p+b  
    Name: ChannelPro_n=3.14 /k\01hc`  
    2D profile definition, Material: n=3.14 LDT(]HJ  
    (Ha@s^?.C  
    Name: ChannelPro_n=1.5 *ck}|RhR  
    2D profile definition, Material: n=1.5 T~4mQuYi  
    `&7RMa4=  
    6.画出以下波导结构: W-2i+g)  
    a. Linear waveguide 1 Zp`T  
    Label: linear1 )yee2(S  
    Start Horizontal offset: 0.0 'aJgLws*w  
    Start vertical offset: -0.75 PY\PUMF>  
    End Horizontal offset: 8.5 -Q e~)7  
    End vertical offset: -0.75 ;uI~BV*3  
    Channel Thickness Tapering: Use Default HP2wtN{Zs  
    Width: 1.5 Pd=,$UQp  
    Depth: 0.0 l?N`{ ,1^  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 O>r-]0DI[  
    a^nAZ  
    b. Linear waveguide 2 \9c$`nn  
    Label: linear2 g1m-+a  
    Start Horizontal offset: 0.5 y+mElG$F  
    Start vertical offset: 0.05 A;K(J4y*  
    End Horizontal offset: 1.0 R zR?&J  
    End vertical offset: 0.05 >mu)/kl  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 3*S[eqMJc  
    Width: 0.1 R|,7d:k  
    Depth: 0.0 $`Nd?\$  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 =Z0t :{  
    /"AvOh*  
    7.加入水平平面波: #Fd W/y5  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ^tAO_~4  
    Input field Transverse: Rectangular "X1vZwK8N  
    X Position: 0.5 60B-ay0e$b  
    Direction: Negative Direction mMw;0/n  
    Label: InputPlane1 97~K!'/^+y  
    2D Transverse: :xeLt;  
    Center Position: 4.5 <bmLy_":  
    Half width: 5.0 T{MC-j _T9  
    Titlitng Angle: 45 Ueyw;Y  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 =V$j6  
    图2.波导结构(未设置周期)
    iLq#\8t^  
    *K!++k!Ixa  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 ~uaP$*B[  
    将Linear2代码段修改如下: cy3ww})  
    Dim Linear2 D&{ *AH%Q  
    for m=1 to 8 tB6k|cPC  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) %]4-{%v  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Df=q-iq<{/  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Pn WD}'0V  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" r'aY2n^O  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" uDG+SdyN@  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 2"/yEg*=  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" *3Nn +T  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True rY70 ^<z  
    2R@%Y/  
    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。 Ti= 3y497S  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    cdp0!W4Gi  
    i^|@"+  
    设置仿真参数 X , ZeD  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 tHI*,  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: D s-`  
    TE simulation J/Q|uRpmqr  
    Mesh Delta X: 0.015 {yq8<?  
    Mesh Delta Z: 0.015 f'{>AKi=C  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps #)74X% 4(  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 gue(C(~.k_  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 +WF.wP?y  
            其它参数保持默认 B=zMYi  
    运行仿真 Pz473d  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 -<oZ)OfU  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 - V=arm\#z  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 c^S&F9/U*  
    ]h@{6N'oNS  
    远场分析衍射 9*pG?3*I  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” !<Z{@7oH  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Zoow*`b|$U  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 9~Xg#{  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) T T"3^@  
    图4.远场计算对话框
    .cR*P<3O  
    XiG88Kwv  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Kym:J \}9B  
    Wavelength: 0.63 `^%GN8d}nm  
    Refractive index: 1.5+0i 1g i}H)  
    Angle Initial: -90.0 raQYn?[  
    Angle Final: 90.0 >eo8  
    Number of Steps: 721 Ekf2NT  
    Distance: 100, 000*wavelength bj.]o*u-  
    Intensity 6y@<?08Q  
    +"=~o5k3Q  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 9p<:LZd~  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 #$uZDQY_  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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