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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: _nq n|  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 >z$|O>j  
    •光栅布局模拟和后处理分析 a9Rh  
    布局layout ^o:5B%}#[  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 QLl44*@  
    图1.二维光栅布局
    SUhP e+  
    9z}kkYk  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 W#\4"'=I  
    6V/mR~F1r  
    步骤: ~VF,qspO  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 *A`^ C  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 XW:(FzF  
    Wafer Dimensions: GssoT<Y)Z  
    Length (mm): 8.5 t[~i})yS  
    Width (mm): 3.0 VZR6oia  
    ~<LI p%5(  
    2D wafer properties: c2"OpI  
    Wafer refractive index: Air ly+7klQ;.  
    3 点击 Profiles 与 Materials. AWcP OU  
    IRB;Q(Z   
    在“Materials”中加入以下材料 :Fl:bRH+  
    Name: N=1.5 _`58G#z  
    Refractive index (Re:): 1.5 {S!~pn&^Y  
    p9J(,}  
    Name: N=3.14 #D8)rs.9  
    Refractive index (Re:): 3.14 0"Hf6xz  
    L^}kwu#  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: (ol 3vt  
    Name: ChannelPro_n=3.14 isqW?$s  
    2D profile definition, Material: n=3.14 cvt2P}ma#  
    ;$]R#1i44  
    Name: ChannelPro_n=1.5 &bb*~W-  
    2D profile definition, Material: n=1.5 V qf}(3K0  
    r@aFB@   
    6.画出以下波导结构: @*dA<N.9  
    a. Linear waveguide 1 O^GTPYW  
    Label: linear1 EBm\rM8  
    Start Horizontal offset: 0.0 Zzs pE}  
    Start vertical offset: -0.75 +dRTHz  
    End Horizontal offset: 8.5 y|ZJ-[qg  
    End vertical offset: -0.75 = 8n*%NC  
    Channel Thickness Tapering: Use Default JaEyVe  
    Width: 1.5 )`a R?_  
    Depth: 0.0 yL1\V7GI{[  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 oc.x1<Nd  
    }|;n[+}  
    b. Linear waveguide 2 EP @=i  
    Label: linear2 <JlKtR&nSo  
    Start Horizontal offset: 0.5 >:Ec   
    Start vertical offset: 0.05 $xqphhBg  
    End Horizontal offset: 1.0 Cv3H%g+as  
    End vertical offset: 0.05 :iJ= 9  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 4CqZvd C  
    Width: 0.1 _IGQ<U<z  
    Depth: 0.0 EC7o 3LoND  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 {k>m5L  
    #~Q0s)Ze  
    7.加入水平平面波: f7L|Jc  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: yl*S|= 8;k  
    Input field Transverse: Rectangular tfsG P]9$  
    X Position: 0.5 Q"\[ICu!,  
    Direction: Negative Direction |Ia46YS  
    Label: InputPlane1 n*V^Q f  
    2D Transverse: &Jj ?C  
    Center Position: 4.5 cCwT0O#d  
    Half width: 5.0 !Bd2$y.  
    Titlitng Angle: 45 r\yj$Gu>(  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 8d]= +n !  
    图2.波导结构(未设置周期)
    )g-*fSa  
    NWf!c-':  
    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。 kZ2+=/DYN  
    将Linear2代码段修改如下: rv^j&X+EH  
    Dim Linear2 H7WKnn@  
    for m=1 to 8 tcs Z! #  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) }=++Lr4*  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 q\ ?6-?Mr  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" jtA Yp3M-$  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" e3[N#ryt  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" jjs-[g'}  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" mZORV3bN  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" FQ[::*-  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 1m&(3% #{  
    .DT1Jvl  
    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。  zE{.oi  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    (2S,0MHk  
    2o,%O91p  
    设置仿真参数 y- g5`@  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 7Y_S%B:F  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: z19y>j  
    TE simulation [!v:fj  
    Mesh Delta X: 0.015 ^ c:(HUo#  
    Mesh Delta Z: 0.015 1w35 H9\g  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Ek84yme#  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 LJT+tb?K  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 P /Js!e<\  
            其它参数保持默认 G.9?ApG9  
    运行仿真 .L8S_Mz  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 sb;81?|  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 DBOz<|  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 )@Ly{cw   
    z[vMO%  
    远场分析衍射 ,]>Eg6B,u  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” G|.>p<q   
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 &B[$l`1  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 Z$T1nm%lo:  
    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) Mk7#qiPo  
    图4.远场计算对话框
    q[r|p"TGov  
    JGJQ5zt  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ZNzye1JSm  
    Wavelength: 0.63 \4mw>8wA  
    Refractive index: 1.5+0i #lNi\Lw+j  
    Angle Initial: -90.0 N[czraFBD}  
    Angle Final: 90.0 8J Gt|,  
    Number of Steps: 721 ;/$zBr`'  
    Distance: 100, 000*wavelength P#6y  
    Intensity Qb6s]QZEV  
    m"NZ;*d'  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 9"oc.ue.2D  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 OLlNCb#t  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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