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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: QlJ cj+_h  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 e>~g!S}G  
    •光栅布局模拟和后处理分析 [hA%VF.9  
    布局layout NR-d|`P;  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 y0cHs|8  
    图1.二维光栅布局
    m\`dLrPX4j  
    <uUQ-]QOIh  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 84^ '^nd  
    k@U8K(:x  
    步骤: Mg;%];2Nt  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 <l]P <N8^  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 W)3?T& `  
    Wafer Dimensions: ia 1Sf3  
    Length (mm): 8.5 Nq1la8oQ3  
    Width (mm): 3.0 G%w.Z< qy  
    tAFKq>\  
    2D wafer properties: Gm;)Om_  
    Wafer refractive index: Air '_,/N!-V  
    3 点击 Profiles 与 Materials. SLp &_S@4  
    3ny>5A!;2  
    在“Materials”中加入以下材料 >c%OnA,3  
    Name: N=1.5 )=l~XV  
    Refractive index (Re:): 1.5 t-Rfy`I3  
    Bz<T{f  
    Name: N=3.14 B*btt+6  
    Refractive index (Re:): 3.14 "V-k_d "  
    O*{<{3  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: `v3WJ>Q!N?  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ifj%!*   
    2D profile definition, Material: n=3.14 r!SMF ]?SJ  
    iSu7K&X9q  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Qb<i,`SN  
    2D profile definition, Material: n=1.5 aTS\NpK&  
    wqB{cr}!  
    6.画出以下波导结构: a0I+|fR  
    a. Linear waveguide 1 ,Oa-AF/p  
    Label: linear1 )[RLCZ  
    Start Horizontal offset: 0.0 n% zW6}  
    Start vertical offset: -0.75 nVkx Q?2  
    End Horizontal offset: 8.5 ^Pl(V@  
    End vertical offset: -0.75 3qJOE6[}%  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ir/m. ~?  
    Width: 1.5 K ;\~otR^  
    Depth: 0.0 yO*~)ALb+  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 it]im  
    FJ0Ity4u6  
    b. Linear waveguide 2 @_s`@ ,=  
    Label: linear2 >B>[_8=f@  
    Start Horizontal offset: 0.5 <knf^D<"  
    Start vertical offset: 0.05 ]&6# {I-  
    End Horizontal offset: 1.0 _5TSI'@.4  
    End vertical offset: 0.05 |,3s]b`  
    Channel Thickness Tapering: Use Default M)S(:Il6Xx  
    Width: 0.1 & $E[l'  
    Depth: 0.0 F. 5'5%  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 e??tp]PLn  
    X`i'U7%I  
    7.加入水平平面波: mdjPK rF<  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: B1<:nl  
    Input field Transverse: Rectangular 0K/Pth"*  
    X Position: 0.5 X`#,*HkK  
    Direction: Negative Direction n@5Sp2p  
    Label: InputPlane1 E;!pK9wL|  
    2D Transverse: ;1qE:x}'H  
    Center Position: 4.5 .{+KKa $@G  
    Half width: 5.0 ]0v;;PfVl6  
    Titlitng Angle: 45 :})(@.H  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 J{>9ctN  
    图2.波导结构(未设置周期)
    <Sds5 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。 "Tw4'AY'P  
    将Linear2代码段修改如下: (NfP2E|B  
    Dim Linear2 $!Z><&^/  
    for m=1 to 8 \H(r }D$u<  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) vHR-mQUs  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ;:<z hO  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" -7MR2)U  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" :"m~tU3&  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" \8j5b+  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" MJ5Ymt a  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" eC%uu  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True +c)"p4m  
    )Ve-)rZ  
    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。 |-Rg].  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    0IZaf%zYc  
    Bmx+QO  
    设置仿真参数 h>ZNPP8N  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 $ti*I;)h4  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: N:R6 b5 =}  
    TE simulation ;]*V6!6RR  
    Mesh Delta X: 0.015 5cc;8i  
    Mesh Delta Z: 0.015 y98 v  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ^gw htnI  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 w Vegr  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 5zk<s`h  
            其它参数保持默认 mjgwU8'![  
    运行仿真 5L ]TV\\  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 DI9hy/T(  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 b1+6I_u.  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 Z_b^K^4  
    /zt9;^e  
    远场分析衍射 C]@v60I  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” V+\L@mz;  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 +65OR'd  
    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 3=[#(p:  
    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) JFOto,6L:  
    图4.远场计算对话框
    ,m4M39MWJ  
    MmIVTf4  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: b:%z<vo  
    Wavelength: 0.63 S8=Am7D]1  
    Refractive index: 1.5+0i \VY!= 9EV  
    Angle Initial: -90.0 @ P:b\WCI  
    Angle Final: 90.0 bx!uHL=  
    Number of Steps: 721 ]JGh[B1gh  
    Distance: 100, 000*wavelength 3C:!\R  
    Intensity Th!.=S{Y5  
    ,E7+Z' ;  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 +f5|qbX/\  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 hbZ]DRg  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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