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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: n}?G!ySg  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 '1 $({{R  
    •光栅布局模拟和后处理分析 zJ`(LnV  
    布局layout e8 aV qq[  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 <k6xScy$}  
    图1.二维光栅布局
    U;@jl?jnG  
    ~B@o?8D]  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 :bDA<B6bb  
    j[cjQ]>~'  
    步骤: m5X=P5U  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 =;=V4nKN  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 #O+]ydvT  
    Wafer Dimensions: ?g4|EV-56  
    Length (mm): 8.5 I>#ChV)(#  
    Width (mm): 3.0 ^nF$<#a  
    UGt7iT<`8  
    2D wafer properties: {eEWfMKIn  
    Wafer refractive index: Air uek3Y[n  
    3 点击 Profiles 与 Materials. Fw m:c[G  
    5.#9}]  
    在“Materials”中加入以下材料 =[+&({  
    Name: N=1.5 5qEdN  
    Refractive index (Re:): 1.5 F4%[R)  
    z]AS@}wWqg  
    Name: N=3.14 ;hJ*u  
    Refractive index (Re:): 3.14 J|24I4  
    hp4(f W  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ie5ijkxZ(  
    Name: ChannelPro_n=3.14 MA# !<b('  
    2D profile definition, Material: n=3.14 vP?S0>gh  
    Y j\yO(o/  
    Name: ChannelPro_n=1.5 m4>o E|\  
    2D profile definition, Material: n=1.5 8]\h^k4f  
    ! hr@{CD  
    6.画出以下波导结构: _|:bac8pL  
    a. Linear waveguide 1 {{%8|+B  
    Label: linear1 =Gz>ZWF  
    Start Horizontal offset: 0.0 ss8v4@C  
    Start vertical offset: -0.75 i6 ?JX@I  
    End Horizontal offset: 8.5 <h51KPo^P  
    End vertical offset: -0.75 >8O=^7  
    Channel Thickness Tapering: Use Default N-YZ0/c  
    Width: 1.5 1>y=i+T/b  
    Depth: 0.0 G5J ZB7C  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 '|N4fbZd  
    !bQ &n  
    b. Linear waveguide 2 "mDrJTWa  
    Label: linear2 e*6` dz@  
    Start Horizontal offset: 0.5 (kyo?3  
    Start vertical offset: 0.05 C*e[CP@u  
    End Horizontal offset: 1.0 `f+g A  
    End vertical offset: 0.05 nY-9 1q?Y  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ,ri--<  
    Width: 0.1 q.[[ c  
    Depth: 0.0 U2lC !j%K  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 /~cL L  
    b\m( 0/x  
    7.加入水平平面波: Z*)Y:tk)b  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: "sX?wTag  
    Input field Transverse: Rectangular jI<WzvhYG  
    X Position: 0.5 '/gwC7*-&  
    Direction: Negative Direction 6Ok=q:;  
    Label: InputPlane1 "d>g)rvOc  
    2D Transverse: A""*vqA  
    Center Position: 4.5 GiO#1gA  
    Half width: 5.0 p<fgUVR  
    Titlitng Angle: 45 '!h0![OH  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 AaC1 ||?R  
    图2.波导结构(未设置周期)
     Is6 _  
    maEpT43f  
    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。 3=|2Gs?ut  
    将Linear2代码段修改如下: 8 E+C:"  
    Dim Linear2 4yZ+,hqJ<9  
    for m=1 to 8 cPaWJ+c  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) (Cd{#j<  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 9`n) "r  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" G$|;~'E  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" xXxh3 k\  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" /A))"D  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 8Y~=\(5>  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" LI;EfyL  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Dzjt|U0ru9  
    C 3XZD4.2  
    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。 ig _<kj;Vd  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    X<}o> 6|d  
    :8-gm"awL5  
    设置仿真参数 HGQ?(2]8$  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 q(tG bhQ  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: bb/?02*)H  
    TE simulation \pD=Lv9  
    Mesh Delta X: 0.015 g_U~.?Db7  
    Mesh Delta Z: 0.015 T\ }v$A03  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps QT= ,En  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 3) c K*8#  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ssyd8LC#  
            其它参数保持默认 ]F* a PV  
    运行仿真 +=~%S)9F  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 @?7{%j*  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 [+MX$y  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 C| L^Ds0  
    u !3]RGJ  
    远场分析衍射 DMcxa.Sd!  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” kAB+28A  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 {29S`-|P  
    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 87pXv6'FQ  
    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) hKZ`DB4  
    图4.远场计算对话框
    KA-/k@1&  
    "`i:)Et  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Ds%&Mi  
    Wavelength: 0.63 _:Jp*z  
    Refractive index: 1.5+0i "ryk\}*<  
    Angle Initial: -90.0 E_D ^O  
    Angle Final: 90.0 sL AuR  
    Number of Steps: 721 iA3>X-x   
    Distance: 100, 000*wavelength euj8p:+X  
    Intensity 8lWH=kA\  
    >'}=.3\  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 'uKkl(==%  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 I' ! r  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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