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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: BI\ )vr$  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 !c}?u_Z/  
    •光栅布局模拟和后处理分析 snPM&  
    布局layout F *`*5:7  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 P9Ye e!*H  
    图1.二维光栅布局
    T5* t~`bfU  
    9 7 Oi}   
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 bC_qoI<  
    b@GL*Z  
    步骤: h(q,-')l_  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 9 7/"5i9  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 {+`'ZU6C  
    Wafer Dimensions: ;DQ{6(  
    Length (mm): 8.5 #&fi[|%X$  
    Width (mm): 3.0 -~ w5 yd  
    eIZ7uSl  
    2D wafer properties: cK( )_RB#  
    Wafer refractive index: Air |;~kHc$W  
    3 点击 Profiles 与 Materials. v5 |XyN"  
    tM&O<6Y  
    在“Materials”中加入以下材料 /WvF}y  
    Name: N=1.5  rG#o*oA  
    Refractive index (Re:): 1.5 $1aJdZC7  
    :%_*C09  
    Name: N=3.14 ^^q9+0@  
    Refractive index (Re:): 3.14 &hTe-Es  
    c[p>*FnP  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: fN)A`>iP  
    Name: ChannelPro_n=3.14 9%+Nzo(Fd  
    2D profile definition, Material: n=3.14 MHl ffj  
    ]]sy+$@~  
    Name: ChannelPro_n=1.5 EESGU(  
    2D profile definition, Material: n=1.5 _/FpmnaY  
    .<#oLM^  
    6.画出以下波导结构:  Ptt  
    a. Linear waveguide 1 47S1mxur  
    Label: linear1 A_h|f5  
    Start Horizontal offset: 0.0 2O|jVGap5x  
    Start vertical offset: -0.75 {RG4m{#9  
    End Horizontal offset: 8.5 ((& y:{?G  
    End vertical offset: -0.75 Ijg //=  
    Channel Thickness Tapering: Use Default , %8keGhl  
    Width: 1.5 x9QUo*MT  
    Depth: 0.0 ,, 8hU7P  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 }PC_qQF  
    ; 9n}P@  
    b. Linear waveguide 2 )6~s;y!  
    Label: linear2 ,,FO6+4f  
    Start Horizontal offset: 0.5 6_G[&   
    Start vertical offset: 0.05 ,.<[iHC}9  
    End Horizontal offset: 1.0 |:H 9#=  
    End vertical offset: 0.05 ~__r- z  
    Channel Thickness Tapering: Use Default /$EX -!ie  
    Width: 0.1 [8kufMY|  
    Depth: 0.0 ec8 iZ8h8  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 `, lnBP3D"  
    4Nb&(p  
    7.加入水平平面波: %`]&c)&#Z  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: r$8(Q'  
    Input field Transverse: Rectangular jDO"?@+  
    X Position: 0.5 (h8RthQt  
    Direction: Negative Direction 8QJ^@|7  
    Label: InputPlane1 DB=^Z%%Z  
    2D Transverse: /JqNiqvh  
    Center Position: 4.5 0uZL*4A+C  
    Half width: 5.0 l:@`.'-=  
    Titlitng Angle: 45 7>-"r*W +z  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 . r?URC  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ;bYpMcH  
     BN_I#8r  
    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。 e) \PW1b  
    将Linear2代码段修改如下: &06pUp iS  
    Dim Linear2 Eo) #t{{  
    for m=1 to 8 F `4a0~?  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) G?,b51"  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 gN/kNck  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" kd=|Iip;(  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" uo TTHj7cq  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" >;sz(F3)  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" C j4ED  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" hZwbYvu  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True \yE*nZ  
     LBIsj}e  
    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。 >)j`Q1Qc\  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    srGF=1_  
    #5 %\~ f  
    设置仿真参数 n40&4n  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 nOm-Yb+F  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: h,fC-+H5  
    TE simulation 3oQ?VP  
    Mesh Delta X: 0.015 Y00hc8<  
    Mesh Delta Z: 0.015 %.rVIc"  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps gebDNl\Y2  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 qS!U1R?s  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Ivx]DXR|  
            其它参数保持默认 oc>N| ww:  
    运行仿真 Z.%0yS_T  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 KW@][*\uC  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 C}=9m A  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ">M:6\B  
    F&_b[xso7  
    远场分析衍射 n8.Tag(#  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” .At^b4#(  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 -Q MO*PY  
    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 DedY(JOvB  
    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) ^Z>Nbzr{  
    图4.远场计算对话框
    <HfmNhI85(  
    4XNdsb  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: [r0`D^*=  
    Wavelength: 0.63 h|{DIG3  
    Refractive index: 1.5+0i Vpe\Okt:  
    Angle Initial: -90.0 w s([bS2h  
    Angle Final: 90.0 m85H x1!p.  
    Number of Steps: 721 d "%6S*dL  
    Distance: 100, 000*wavelength kKs}E| T  
    Intensity oIv\Xdc81  
    ^JY,K  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 M `49ydh&  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 RQ;}+S  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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