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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: vRQOs0F;  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 48D?'lW %  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Do7=#|bAM  
    布局layout %ati7{2!  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 <v 0*]NiX  
    图1.二维光栅布局
    kQ>^->w  
    q1VH5'p@  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 Bn?V9TEoO  
    Td\o9  
    步骤: k\)Cw  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 W m&  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 |Bo .4lX  
    Wafer Dimensions: d3Di/Iej   
    Length (mm): 8.5 TbVn6V'  
    Width (mm): 3.0 T )~9Wac  
    aG`;OgrH  
    2D wafer properties: .3qu9eP   
    Wafer refractive index: Air G'z{b$?/[  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 3.Gj4/f  
    zDOKShG  
    在“Materials”中加入以下材料 ~g;   
    Name: N=1.5 K{fsn4rk  
    Refractive index (Re:): 1.5 LaMLv<)k  
    2{,n_w?Wy  
    Name: N=3.14 A Io|TD5{~  
    Refractive index (Re:): 3.14 n'FwM\  
    sq/]wzT:  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: bO5k6i  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ]bdFr/!'S+  
    2D profile definition, Material: n=3.14 >ezi3Zx^  
    @Yw,nQE)b  
    Name: ChannelPro_n=1.5 K*-@Q0"KM{  
    2D profile definition, Material: n=1.5 # uCB)n&.  
    E-5_{sc  
    6.画出以下波导结构: xw^.bz|  
    a. Linear waveguide 1 P$GjF-!:  
    Label: linear1 &[mZD,  
    Start Horizontal offset: 0.0 ` Nh"  
    Start vertical offset: -0.75 >JwLk[=j  
    End Horizontal offset: 8.5 ~V=<3X  
    End vertical offset: -0.75 po9 9 y-  
    Channel Thickness Tapering: Use Default >g ll-&;t  
    Width: 1.5 {svn=H /  
    Depth: 0.0 Bf`9V713  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 OFkNl}D  
    `6Qdfmk=  
    b. Linear waveguide 2 K5t0L!6<+  
    Label: linear2 "6ECgyD+E!  
    Start Horizontal offset: 0.5 G9P!_72  
    Start vertical offset: 0.05 /t<@"BoV  
    End Horizontal offset: 1.0 d%@~mcH>  
    End vertical offset: 0.05 vl E z9/H  
    Channel Thickness Tapering: Use Default :G w~7v_  
    Width: 0.1 s) O[t  
    Depth: 0.0 T\s)le  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 tMx}*l|]  
    BKa- k!  
    7.加入水平平面波: 6M.;@t,Y  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: I&|f'pn^<  
    Input field Transverse: Rectangular Q?t^@  
    X Position: 0.5 3oZ=k]\  
    Direction: Negative Direction &hIRd,1#  
    Label: InputPlane1 H5cV5E0  
    2D Transverse: o KD/rI  
    Center Position: 4.5 $h[Q Q-  
    Half width: 5.0 r`S< A;  
    Titlitng Angle: 45 xda; K~w  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 i`(^[h ?;  
    图2.波导结构(未设置周期)
    s pLZ2]A  
    "<+ih0Ma  
    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。 X@)z80  
    将Linear2代码段修改如下: jVgFZ,  
    Dim Linear2 `p kMN  
    for m=1 to 8 s^OO^%b  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) x3ERCqTR  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 f ).1]~  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" vP@v.6gS,  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" e(F42;$$  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" zjL.Bhiud  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" wu9=N ^x  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"  >YtdA  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 60=m  
    lOwS&4UT  
    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。 S\6[EQ65  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ow=UtA-^O  
    fEE /-}d  
    设置仿真参数 H=g.34  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 \,Lo>G`!  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: tGdf/aTjy  
    TE simulation 39F O f  
    Mesh Delta X: 0.015 l%z<(L5  
    Mesh Delta Z: 0.015 \o-&f:  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps -F"Q EL#  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 yV3^Qtb!  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 (R~]|?:wt  
            其它参数保持默认 if;71ZE  
    运行仿真 PfS:AI y  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 vzel#  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 CBQhIvq.d  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ;Yfv!\^|  
    C9DJO:f.2y  
    远场分析衍射 _qqr5NU  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” lDC$F N  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 K-<^ $VWh  
    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 +`M!D }!  
    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) R .[Z]-X  
    图4.远场计算对话框
    !|q<E0@w\  
    :M{Y,~cP  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ^ 5VK>  
    Wavelength: 0.63 q{2I_[p  
    Refractive index: 1.5+0i %u^ JpC{E  
    Angle Initial: -90.0 MC((M,3L  
    Angle Final: 90.0 GT hL/M  
    Number of Steps: 721 u JR%0E7!  
    Distance: 100, 000*wavelength Kz<@x`0   
    Intensity X1[CX&Am  
    .I VlEG0  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ``,k5!a66\  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 MF6 0-VE  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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