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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: \##zR_%  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 J9nX"Sb  
    •光栅布局模拟和后处理分析 HXC ;Np  
    布局layout 8mrUotjS  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 m]0;"jeL  
    图1.二维光栅布局
    bjW]bRw  
    y3Qsv  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ij`w} V  
    :as$4|  
    步骤: w$iX.2|9%u  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 =!A_^;NQf  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数  :A_@,Q  
    Wafer Dimensions: ./Zk`-OBT  
    Length (mm): 8.5 F`W?II?  
    Width (mm): 3.0 Y=?3 js?O  
    Xf]d. :  
    2D wafer properties: 9MJG;+B~  
    Wafer refractive index: Air zV37$Hb  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ;%9|k U  
    9wUkh}s  
    在“Materials”中加入以下材料 "Qc7dRmSxm  
    Name: N=1.5 ?pmHFlx  
    Refractive index (Re:): 1.5 K&]G3W%V  
    N0Lw}@p  
    Name: N=3.14 9d659i C  
    Refractive index (Re:): 3.14 Xza(k  
    K#d`Hyx  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: O"9\5(w  
    Name: ChannelPro_n=3.14 >z>!Luw  
    2D profile definition, Material: n=3.14 CAWNDl4  
    %JBz5G  
    Name: ChannelPro_n=1.5 xwq (N_  
    2D profile definition, Material: n=1.5 `5.'_3  
    `i*E~'  
    6.画出以下波导结构: '@KEi%-^>  
    a. Linear waveguide 1 %)W2H^  
    Label: linear1 OX!tsARC@  
    Start Horizontal offset: 0.0 D2 eckLT  
    Start vertical offset: -0.75 D_*WYV  
    End Horizontal offset: 8.5 _S1>j7RQo  
    End vertical offset: -0.75 5coyr`7mP  
    Channel Thickness Tapering: Use Default CYP q#rd  
    Width: 1.5 dn+KH+v  
    Depth: 0.0 \'D0'\:vz  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 xJ8M6O8  
    "?xHlYj@+  
    b. Linear waveguide 2 (m/G(wg  
    Label: linear2 v>)"HL"XG  
    Start Horizontal offset: 0.5 PiIpnoM  
    Start vertical offset: 0.05 S`0(*A[W*  
    End Horizontal offset: 1.0 (Zrj_P`0[  
    End vertical offset: 0.05 )9`qG:b'  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 9}<ile7^  
    Width: 0.1 & G4\2l9  
    Depth: 0.0 JIOR4'9  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 pJ"qu,w  
    ]72`};  
    7.加入水平平面波: [EXs  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Ckuh:bs  
    Input field Transverse: Rectangular 6j]0R*B7`Q  
    X Position: 0.5 ucW-I;"  
    Direction: Negative Direction [!#L6&:a8  
    Label: InputPlane1 6iE<T&$3P  
    2D Transverse: |N7M^  
    Center Position: 4.5 /]Md~=yNp  
    Half width: 5.0 &.Qrs :U  
    Titlitng Angle: 45 Yu^4VXp~M%  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 qiBVG H  
    图2.波导结构(未设置周期)
    @9RM9zK.q  
    6}Ci>_i4#  
    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。 ,Uqs1#r  
    将Linear2代码段修改如下: f+)L#>Gl?  
    Dim Linear2 L48_96  
    for m=1 to 8 rcG"o\g@+  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) +_oJ}KI  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05  {Gk1vcq  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" {]@= ijjf  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" e2oa($9  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" KBc1{adDx@  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" >jLY"  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" $Sip$\+*  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True <=/hi l  
    sBg.u  
    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。 8dIgjQX|  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    :J&oX <nF^  
    'S&zCTX7j  
    设置仿真参数 A]oV"`f  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Moza".fiN  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 7.j?U  
    TE simulation 6 V=9M:  
    Mesh Delta X: 0.015 D'Df JwA  
    Mesh Delta Z: 0.015 wJo}!{bN  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps .[OUI  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 !?h;wR  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 }(73Syl#  
            其它参数保持默认 Y]2A&0  
    运行仿真 j6 z^Tt12  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ?NsW|w_  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 X5$Iyis  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 '_FsvHQ  
    zHRplm+ i  
    远场分析衍射 >} i  E(  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” nmKp[-5  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 >0TxUc_va  
    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 "]Xc`3SM  
    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) ;[OH(!  
    图4.远场计算对话框
    ?%[@Qb=2  
    ]GkfEh7/J  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Q/0Tj]D  
    Wavelength: 0.63 Eo]xNn/g  
    Refractive index: 1.5+0i t-bB>q#3>  
    Angle Initial: -90.0 -x`@6  
    Angle Final: 90.0 +',S]Edx  
    Number of Steps: 721 u\;C;I-? '  
    Distance: 100, 000*wavelength +a{1)nCXe  
    Intensity /@TF5]Ri  
    BUXpC xQ  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 'zuIBOH`j3  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 yl+gL?IES  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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