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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: 3HsjF5?W  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 y]OW{5(  
    •光栅布局模拟和后处理分析 B"O5P>  
    布局layout PPCZT3c=  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 q9n0bw^N  
    图1.二维光栅布局
    9g" 1WZ!  
    %9|=\# G  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 {b@rQCre7  
    c`UJI$Q/  
    步骤: + ~ro*{3  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 "i$uV3d  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 rQNT  
    Wafer Dimensions: |=.z0{A7H  
    Length (mm): 8.5 md[FtcY\  
    Width (mm): 3.0 !=#230Y  
    k fx<T  
    2D wafer properties: +NRn>1]  
    Wafer refractive index: Air X-di^%<  
    3 点击 Profiles 与 Materials. XezO_V  
    \K 01 F  
    在“Materials”中加入以下材料 Fz+0h"  
    Name: N=1.5 fM]McZ9)D  
    Refractive index (Re:): 1.5 *VT@  
    \\jB@O  
    Name: N=3.14 WG 9f>kE  
    Refractive index (Re:): 3.14 ak50]KYo  
    l79jd%/m  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: qx5X2@-;:  
    Name: ChannelPro_n=3.14 qQR> z  
    2D profile definition, Material: n=3.14 8|[\Tp:;  
    F2y M2Ldx  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ,eRl Z3T  
    2D profile definition, Material: n=1.5 =$5[uI2  
    uPe4Rr  
    6.画出以下波导结构: 96F:%|yG  
    a. Linear waveguide 1 o}5:vi]  
    Label: linear1 4'rWy~` V  
    Start Horizontal offset: 0.0 yy?|q0  
    Start vertical offset: -0.75 1Qf21oN{  
    End Horizontal offset: 8.5 K@VXFV  
    End vertical offset: -0.75 my")/e  
    Channel Thickness Tapering: Use Default s<qSelj  
    Width: 1.5 U-TwrX  
    Depth: 0.0 =!xeki]|9  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 <9bQAyL9  
    xtjTU;T  
    b. Linear waveguide 2 qce#  
    Label: linear2 !U]V?Jpi"  
    Start Horizontal offset: 0.5 ,$3  
    Start vertical offset: 0.05 `<t{NJ&f  
    End Horizontal offset: 1.0 5fb,-`m.  
    End vertical offset: 0.05 5h[u2&;G  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ORa!84L  
    Width: 0.1 ;-=y}DK  
    Depth: 0.0 #s1M>M)  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 @Risab n  
    ^g[\.Q  
    7.加入水平平面波: >4\V/ I  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: uYL6g:]+ZC  
    Input field Transverse: Rectangular d^ !3bv*h  
    X Position: 0.5 h. i&[RnX  
    Direction: Negative Direction `ea$`2  
    Label: InputPlane1 3HbHl?-UNU  
    2D Transverse: Yx&cnDx  
    Center Position: 4.5 vFb{(gIJ  
    Half width: 5.0 YH<F~F _  
    Titlitng Angle: 45 vyV n5s  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 g)$Pvfc  
    图2.波导结构(未设置周期)
    7OtQK`P"A  
    EhB9M!Y`@  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 bS/`G0!  
    将Linear2代码段修改如下: 5?;'26iC  
    Dim Linear2 QVn0!R{  
    for m=1 to 8 ^&&dO*0{  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) DHt 8 f  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 [tMf KO  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ErESk"2t  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" RW(AjDM  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" )[oU|!@  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Ef,@}S  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" @hzQk~Gdi  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True xxkP4,(p  
    FZ=6x}QZ  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 ts;_T..L  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    #EHBS~^  
    YGWb!|Z$  
    设置仿真参数 *~!xeL  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 oTI*mGR1Z  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: +"3eh1q[  
    TE simulation }#'KME4  
    Mesh Delta X: 0.015 m9G,%]4|  
    Mesh Delta Z: 0.015 Qlb@Az  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps {+xUAmd  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 \)M 5o  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ,Qyz2- w  
            其它参数保持默认 !-.-!hBN  
    运行仿真 ePs<jrB<  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 CPVKz   
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 sx]?^KR:  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 S OK2{xCG  
    yN>"r2   
    远场分析衍射 o B6" D  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ZC2C`S\xr  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ~5!ukGK_  
    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 p1?}"bHk  
    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) k5/nAaiVE  
    图4.远场计算对话框
    g~B@=R  
    'oT}jI  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Ep?a>\  
    Wavelength: 0.63 0'py7  
    Refractive index: 1.5+0i awkVjyqX  
    Angle Initial: -90.0 UkqLLzL  
    Angle Final: 90.0 ';ZJuJ.  
    Number of Steps: 721 COHJJONR  
    Distance: 100, 000*wavelength 7_K(x mK  
    Intensity Ki=7nKs  
    >}4]51s  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 N\uQ-XOi  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 O"#`i{^?2  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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