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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: #0`"gR#+  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 d`~#uN {  
    •光栅布局模拟和后处理分析 {Y/| 7Cl0  
    布局layout Ka_UVKwMro  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 _D,8`na>K  
    图1.二维光栅布局
    "[[fQpe4@  
    @0 -B&w  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 /kw4":{]  
    Dx <IS^>i  
    步骤: 'R,d?ikY  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 #eUfwd6.Y  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 |Y'$+[TE  
    Wafer Dimensions: {t=Nnc15K  
    Length (mm): 8.5 Z$ftG7;P0  
    Width (mm): 3.0 =\XAD+  
    U~H'c p  
    2D wafer properties: 21o_9=[^  
    Wafer refractive index: Air G0Wd"AV+  
    3 点击 Profiles 与 Materials. >`{i[60r  
    y5Pw*?kn  
    在“Materials”中加入以下材料 5ef&Ih.3  
    Name: N=1.5 =k$d8g ez  
    Refractive index (Re:): 1.5 mKsj7  
    _O!D*=I  
    Name: N=3.14 Q ,;x;QR4  
    Refractive index (Re:): 3.14 `%ENGB|  
    zr[~wM  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Q5<vK{  
    Name: ChannelPro_n=3.14 D~?kvyJ  
    2D profile definition, Material: n=3.14 J:(Shd'4D  
    !8L Ql}  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Qy70/on9  
    2D profile definition, Material: n=1.5 j}VOr >xz  
    6pLwwZD  
    6.画出以下波导结构: Cfi2N V  
    a. Linear waveguide 1 xc/|#TC8?  
    Label: linear1 8uT6QCf  
    Start Horizontal offset: 0.0 Vks,3$  
    Start vertical offset: -0.75 L3GJq{t  
    End Horizontal offset: 8.5 3?%kawO&  
    End vertical offset: -0.75 z9+94<J  
    Channel Thickness Tapering: Use Default /y!Vs`PZ!  
    Width: 1.5 H9>&"=".  
    Depth: 0.0 :_aY:`  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 8@A[ `5  
    YSwD#jO0  
    b. Linear waveguide 2 PaDT)RrEM  
    Label: linear2 :5*<QJuI#A  
    Start Horizontal offset: 0.5 *C:+N>  
    Start vertical offset: 0.05 > Qtyw.n  
    End Horizontal offset: 1.0 E, v1F!  
    End vertical offset: 0.05 0*AlLwO  
    Channel Thickness Tapering: Use Default up1aFzY|6x  
    Width: 0.1 c:6w >:  
    Depth: 0.0 }O>Zu[8a  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 @s@  
    Orb(xLChJ  
    7.加入水平平面波: ?oJ~3K g  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: {+[gf:Ev  
    Input field Transverse: Rectangular IW1\vfe  
    X Position: 0.5 Kje+Niz7  
    Direction: Negative Direction !K 9(OX2;  
    Label: InputPlane1 )aC+qhh  
    2D Transverse: :3t])mL#   
    Center Position: 4.5 g.]'0)DMW  
    Half width: 5.0 sXa8(xc  
    Titlitng Angle: 45 NN:TT\!v  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0  KC(Ug4  
    图2.波导结构(未设置周期)
    C5M-MZaS  
    U .Od  
    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。 vj b?N  
    将Linear2代码段修改如下: cR&xl^BJ  
    Dim Linear2 :kVV.a#g  
    for m=1 to 8 ks5'Z8X  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 1A)~Y   
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 B1M/5cr.  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" II8nz[s  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" (lnQ!4LK  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" z3C^L  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" nKO&ffb'<  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" |gVO Iq  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True X]fw9tZ  
    @ 7?_Yw  
    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。 RI(uG-Y  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    9C$!tz>>+i  
    6a?y $+pr  
    设置仿真参数 "(N HA+s/  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 j vV8`BQ{  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: &~%@QC/  
    TE simulation r$F]e]Ic\  
    Mesh Delta X: 0.015 .vv*bx   
    Mesh Delta Z: 0.015 UW*aSZ/?  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps %RN-J*s]  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 /pU6trIM  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 lnDDFsA  
            其它参数保持默认 PNKT\yd  
    运行仿真 %D r?.e  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 j0~3[dyqU  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ? iX=2-  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 !_9$[Oq~  
    Uot-@|l  
    远场分析衍射 AD\<}/3U  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” HD{`w1vcN  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 }$U[5wL,_  
    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 .( h$@|Y  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) sZ"U=6R  
    图4.远场计算对话框
    sAoM=n}!  
    mM} Ukmy  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: n@;x!c< +  
    Wavelength: 0.63 m0Syxb  
    Refractive index: 1.5+0i 0s|LK  
    Angle Initial: -90.0 eeU$uR  
    Angle Final: 90.0 pV6HQ:y1  
    Number of Steps: 721 dz|*n'd  
    Distance: 100, 000*wavelength i)L:VkN  
    Intensity />Vx*^u8Hz  
    HF: T]n,  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 io{H$  x(  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 2<G1'7)  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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