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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: D?yE$_3>c  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ()M@3={R  
    •光栅布局模拟和后处理分析 xVkTRCh  
    布局layout ^qGA!_  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 |4S?>e  
    图1.二维光栅布局
    hMeqs+  
    Fiu!!M6  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 p^igscPF6  
    T<+ht8&M8  
    步骤: \!JS7!+  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 \D U^idp#  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 p&sK\   
    Wafer Dimensions: r}0C8(oq  
    Length (mm): 8.5 .6ngo0<g   
    Width (mm): 3.0 mvq7G  
    7e c0Xh1  
    2D wafer properties: AwXt @!(  
    Wafer refractive index: Air Bug}^t{M  
    3 点击 Profiles 与 Materials. z{pC7e5  
    Cb{A:\>Q{  
    在“Materials”中加入以下材料 }\f(qw  
    Name: N=1.5 ^{*f3m/  
    Refractive index (Re:): 1.5 (#bp`Kih  
    }#OqU# q|  
    Name: N=3.14 'ZC}9=_g  
    Refractive index (Re:): 3.14 b-BM"~N'  
    |ck ZyDA  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ,9Z2cgXwJ  
    Name: ChannelPro_n=3.14 n^AP"1l8?0  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Z.:<TrN  
    Ln=>@  
    Name: ChannelPro_n=1.5 -jxWlO  
    2D profile definition, Material: n=1.5 sB( `[5I  
    J 0Hm)*  
    6.画出以下波导结构: Z>x7|Q3CX  
    a. Linear waveguide 1 *5y W  
    Label: linear1 g=xv+e  
    Start Horizontal offset: 0.0 t{Hh&HX  
    Start vertical offset: -0.75 XLZ j  
    End Horizontal offset: 8.5 Any Zi'  
    End vertical offset: -0.75 4|6&59?pnc  
    Channel Thickness Tapering: Use Default L1 9 MP  
    Width: 1.5 .]j#y9>&w%  
    Depth: 0.0 LG=X)w)W4S  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 =R&)hlm  
    /&]-I$G@  
    b. Linear waveguide 2 V$dJmKg  
    Label: linear2 2cCWQ"_,  
    Start Horizontal offset: 0.5 )W8L91-  
    Start vertical offset: 0.05 OL=ET)Y  
    End Horizontal offset: 1.0 .Vo"AuC}  
    End vertical offset: 0.05 3@^>#U   
    Channel Thickness Tapering: Use Default TBZ-17+  
    Width: 0.1 #\pP2  
    Depth: 0.0 d7"U WY^  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 &Y,Q>bu  
    :[Qp2Gg O\  
    7.加入水平平面波: bZ>&QM  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: D =r-  
    Input field Transverse: Rectangular F!7f_m0=  
    X Position: 0.5 Opv1B2  
    Direction: Negative Direction %K h2E2Pe  
    Label: InputPlane1 :be:-b%K  
    2D Transverse: 8jy-z"jc  
    Center Position: 4.5 -3.UE^W2  
    Half width: 5.0  3L%WVCB  
    Titlitng Angle: 45 g/IH|Z=A  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 V@vhj R4r\  
    图2.波导结构(未设置周期)
    #)GW}U]X  
    f49"pTw7  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 .OmQ'  
    将Linear2代码段修改如下: NW{y% Z  
    Dim Linear2 Z)mX,=p  
    for m=1 to 8 P*pbwV#|  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) m@ i2#  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 M^z=1YrMd  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" =op`fn%  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" u4:\UC'  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Bv^+d\*1  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" p?Ed- S  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" `#u l,%  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True >b>M Km>q  
    4,2(nYF  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 ~xS@]3n=  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ^J8uhV;w  
    %=V"CJ$|  
    设置仿真参数 \V= &&(n#  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ?VB#GJ0M9  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: Oe/6.h?  
    TE simulation I*Vt,JYx  
    Mesh Delta X: 0.015 ;a |`s  
    Mesh Delta Z: 0.015  *p=fi  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps SD?BM-&~  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 wW-Ab  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ]/Vh{d|I&  
            其它参数保持默认 [|4}~UV  
    运行仿真 }sv!=^}BY3  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 OU!nN>ln  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 8O6_iGTBh  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 {O)YwT$`  
    %y>+1hakkX  
    远场分析衍射 wa!zv^;N*  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” wX ,h< \7  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 gmY/STN   
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 9`B0fv Q&  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) 5G#$c'A{4  
    图4.远场计算对话框
    Uo2+:p  
    6 }!Z"  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: s2%V4yy%  
    Wavelength: 0.63 U;g S[8,p  
    Refractive index: 1.5+0i Okpwh kPL5  
    Angle Initial: -90.0 p%F8'2)}  
    Angle Final: 90.0 7rcA[)<'  
    Number of Steps: 721 _#!U"hkH  
    Distance: 100, 000*wavelength :[xvlW29  
    Intensity L}$z/jo  
    Q"%S~&#'  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 jv =EheD  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 2Z)4(,  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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