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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: \'[tfSB  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 <2%9O;bV[  
    •光栅布局模拟和后处理分析 iR./9}Ze  
    布局layout FXn98UFY  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 _yR_u+5  
    图1.二维光栅布局
    8@(?E[&O>  
    #Y3-P  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 8! !h6dQgI  
    f=Pn,.>tIz  
    步骤: 94dd )/a  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 S ~h*U2  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 =[!(s/+>L  
    Wafer Dimensions: CueC![pj  
    Length (mm): 8.5 $N}t)iA  
    Width (mm): 3.0 PN 8#T:E  
    .K(9=yh  
    2D wafer properties: H~vrCi~t"  
    Wafer refractive index: Air Sw"h!\c`  
    3 点击 Profiles 与 Materials. .U@u |  
    rO.[/#p\  
    在“Materials”中加入以下材料 _>;MQ)Km~  
    Name: N=1.5 kSc~gJrne  
    Refractive index (Re:): 1.5 mIDVN  
    @R%qP>_  
    Name: N=3.14 O$e"3^Pa  
    Refractive index (Re:): 3.14 f.^|2T I1g  
    hgW1g#  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: [xrsa!$   
    Name: ChannelPro_n=3.14 {~FPvmj&  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Br}@Vvq@  
    9$e$L~I#u  
    Name: ChannelPro_n=1.5 +swTMR  
    2D profile definition, Material: n=1.5 #X %!7tU6  
    Ri_2@U-  
    6.画出以下波导结构: @#N7M2/  
    a. Linear waveguide 1 UjoA$A!Od;  
    Label: linear1 ty#6%  
    Start Horizontal offset: 0.0 ?<W|Ya  
    Start vertical offset: -0.75 v&/H6r#E.  
    End Horizontal offset: 8.5 0&I*)Zt9x  
    End vertical offset: -0.75 PMbZv%.,-  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ,"gPd!HD (  
    Width: 1.5 {5X,xdzR  
    Depth: 0.0 !1i-"rR  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ,lvG5B\0  
    umq6X8K  
    b. Linear waveguide 2 S ;rd0+J  
    Label: linear2 *VJISJC  
    Start Horizontal offset: 0.5 {'wvb "b  
    Start vertical offset: 0.05 o_mjI:  
    End Horizontal offset: 1.0 b=2:\F  
    End vertical offset: 0.05 lkJxb~S  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Nr$78] o9  
    Width: 0.1 u<fZ.1  
    Depth: 0.0 \ HUDZ2 s  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 WrDFbcH  
    :n{{\SSIgX  
    7.加入水平平面波: `Ji WS  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Udtz zka  
    Input field Transverse: Rectangular s K+uwt  
    X Position: 0.5 k;t G-~\d  
    Direction: Negative Direction 6=$<R4B  
    Label: InputPlane1 &@CUxK  
    2D Transverse: ~!PWJ~U  
    Center Position: 4.5 1?|"33\03R  
    Half width: 5.0 $"|r7n5[  
    Titlitng Angle: 45 F$ G)vskd  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 i?(cp["7  
    图2.波导结构(未设置周期)
    5j]!r  
     cf,6";8  
    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。 =d ;#Nu-  
    将Linear2代码段修改如下: *aM7d>nG5  
    Dim Linear2 GeY!f/yQ<  
    for m=1 to 8 |J:r]);@K  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) t'At9<ib  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 a*X{hU 9P  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" :X'B K4EN  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" +CdUr~6  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" SZrc-f_  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" I9+h-t  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" u4xtlGt5  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True >}~[ew  
    wH@S$WT  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 Fs4shrt  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    M_%KhK  
    d@{12 hq  
    设置仿真参数 l\V1c90m  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框  {p/Yz#  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 9%NsW3|  
    TE simulation 0vSPeZ  
    Mesh Delta X: 0.015 )b]wpEFl  
    Mesh Delta Z: 0.015 +<p&V a#  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps +VW8{=$  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 O-UA2?N@j  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 zT&"rcT">  
            其它参数保持默认 rBQ<5.  
    运行仿真 E+XS7':I  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Et }%)M  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 VUUnB<j  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 mCg^Y)Q  
    )Z/w|5<  
    远场分析衍射 52o^]  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” YfT D  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 z;9D[ME#1  
    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 `G: 1  
    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) xL.m<XDL  
    图4.远场计算对话框
    Jv3G\9_  
    _MIheCvV  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: V 1d#7rP  
    Wavelength: 0.63 "wZvr}xk  
    Refractive index: 1.5+0i QbHX.:C  
    Angle Initial: -90.0 ZaY|v-  
    Angle Final: 90.0 R|)l^~x  
    Number of Steps: 721 p>?(u GV  
    Distance: 100, 000*wavelength ydOG8EI  
    Intensity /2=9i84  
    v+g:0 C5 (  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 "dt}k$Gr  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 \ Qx%7 6  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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