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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: $AI0&#NM  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Xy;!Q`h(  
    •光栅布局模拟和后处理分析 X*cf|g  
    布局layout Gkfc@[Z V  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 K% Gbl#  
    图1.二维光栅布局
    C6"bGA  
    XIrNT:h4  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 I{V1Le4?  
    *C0gpEf9S  
    步骤: $!msav  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 GA8cA)]zOD  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 <;?&<qMo,P  
    Wafer Dimensions: Xc^7  
    Length (mm): 8.5 =XT'D@q~W  
    Width (mm): 3.0 A{7N#-h_  
    ^edg@fp  
    2D wafer properties: ji &*0GJQ  
    Wafer refractive index: Air <_|H]^o  
    3 点击 Profiles 与 Materials. YBX7WZCR  
    d\cwUXf J  
    在“Materials”中加入以下材料 /)ubyl]^p  
    Name: N=1.5 BBg&ZIYEh  
    Refractive index (Re:): 1.5 {mlJE>~%  
    x_&m$Fh  
    Name: N=3.14 GW(-'V/  
    Refractive index (Re:): 3.14 YS_9M Pi  
    aoZ`C3  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: cZ" Ut  
    Name: ChannelPro_n=3.14 iZ`1Dzxgk  
    2D profile definition, Material: n=3.14 kt";Jx  
    l7]$Wc[  
    Name: ChannelPro_n=1.5 AR}M*sSh  
    2D profile definition, Material: n=1.5 G0^O7w^5  
    GM/3*S$c  
    6.画出以下波导结构: lRn6Zh  
    a. Linear waveguide 1 n ^T_pqV?X  
    Label: linear1 KAg<s}gQJ  
    Start Horizontal offset: 0.0 `;^%t  
    Start vertical offset: -0.75 mX8A XWIa  
    End Horizontal offset: 8.5 |\/0S  
    End vertical offset: -0.75 aBM'ROQ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default i*9l  
    Width: 1.5 Lp \%-s#5s  
    Depth: 0.0 S|A?z)I  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ]`D(/l'  
    n7vLw7  
    b. Linear waveguide 2 X;5U@l  
    Label: linear2 t9&z|?Vz  
    Start Horizontal offset: 0.5 zXB]Bf3TH  
    Start vertical offset: 0.05 `p&ko$i2  
    End Horizontal offset: 1.0 M} IRagm  
    End vertical offset: 0.05 O=1uF  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ?l_>rSly5  
    Width: 0.1 X$O,L[] 4  
    Depth: 0.0 hfY Ieb#91  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 XR^VRn6O  
    /$hfd?L  
    7.加入水平平面波: &)vX7*j  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: (n-8p6x(  
    Input field Transverse: Rectangular dXh@E 7  
    X Position: 0.5 XM/P2=;  
    Direction: Negative Direction {rWu`QT  
    Label: InputPlane1 AW LKve_  
    2D Transverse: FhB^E$r%  
    Center Position: 4.5 r'hr 'wZ  
    Half width: 5.0 #K7i<Bf  
    Titlitng Angle: 45 W%09.bF  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 u[U~`*i*rA  
    图2.波导结构(未设置周期)
    L%a ni}V  
    ->}K-n ),  
    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。 f8! PeQ?  
    将Linear2代码段修改如下: A.vcE  
    Dim Linear2 a4,bP*H  
    for m=1 to 8 v&(X& q  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) [pbX_  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05  Iz2K  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" QEM")(  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" zQ {g~x  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" L6j 5pI  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" IxCEE5+`%  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Cc]s94  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True o})4Jt1vj  
     zUqiz  
    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。 8'*z>1ZS5  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    TE*$NxQ 2  
    Ta!.oC[  
    设置仿真参数 p;j$i6YJ  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 j:|60hDz^  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: "yc/8{U  
    TE simulation W.\HfJ74  
    Mesh Delta X: 0.015 R*TCoEKO  
    Mesh Delta Z: 0.015 Ii*v(`2b  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps $X9Ban]  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 -p ) l63  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 |.:O$/ Tt[  
            其它参数保持默认 C3 0b}2  
    运行仿真 -baGr;,Cu  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 c6s(f  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 S:vv*5  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 HtEjM|zj  
    N)  {  
    远场分析衍射 [ZURs3q  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” p`1d'n[  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 *8/Q_w  
    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 W\U zw,vI  
    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) ]rn!+z  
    图4.远场计算对话框
    -5v c0"?E  
    5vbnO]8  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: K;6K!6J:[  
    Wavelength: 0.63 [X^JV/R  
    Refractive index: 1.5+0i j#&sZ$HQ4  
    Angle Initial: -90.0 'cw0FpQ;  
    Angle Final: 90.0 :v{ $]wg  
    Number of Steps: 721 Ffj:xZ9rk  
    Distance: 100, 000*wavelength j\dkv_L  
    Intensity rxa"ji!)  
    Cqg}dXn'  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 6{lWUr  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 J-?\,N1R7  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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