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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: v/8K?$"q  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 v(FO8*5DZ  
    •光栅布局模拟和后处理分析 8~EDmg[  
    布局layout odny{ePAf  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 G#)>D$Ck#  
    图1.二维光栅布局
    QZ"Lh  
    WY?(C@>s  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 @;fdf3ian  
    9O?.0L  
    步骤: Yj/S(4(h?  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 P00d#6hPJ  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 pJVzT,poh  
    Wafer Dimensions: EHcqj;@m  
    Length (mm): 8.5 p<`q^D  
    Width (mm): 3.0 4kT|/ bp  
    j?+FS`a!  
    2D wafer properties: _z)G!_7.>\  
    Wafer refractive index: Air '-4);:(^  
    3 点击 Profiles 与 Materials. t\CVL?e`  
    ' >`?T}a,  
    在“Materials”中加入以下材料 E xc`>Y q  
    Name: N=1.5 hrN r i$  
    Refractive index (Re:): 1.5 /+"BU-aQk  
    x7t<F4  
    Name: N=3.14 I(s\ Q[  
    Refractive index (Re:): 3.14 z~A||@4'  
    I`t"Na2i  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: :'f#0ox  
    Name: ChannelPro_n=3.14 E3_e~yu&  
    2D profile definition, Material: n=3.14 u#\=g:  
    j S')!Wcu  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Dvo.yn|kB  
    2D profile definition, Material: n=1.5 R8c1~'  
    +su>0'a  
    6.画出以下波导结构: IW Lv$bPZ/  
    a. Linear waveguide 1 'vhgR2/  
    Label: linear1 s)_7*DY  
    Start Horizontal offset: 0.0 6QLWF @  
    Start vertical offset: -0.75 )T(xQ2&r4  
    End Horizontal offset: 8.5 S M@l4GH  
    End vertical offset: -0.75 ]N:SB  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ?2 u_E "  
    Width: 1.5 ?M;2H {KG:  
    Depth: 0.0 p=coOWOQ  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 %njX'7^u  
    bkceR>h%  
    b. Linear waveguide 2 8,a&i:C  
    Label: linear2 F6}Pwz[c  
    Start Horizontal offset: 0.5 3:PBVt=  
    Start vertical offset: 0.05 I$n 0aR6  
    End Horizontal offset: 1.0 P cnr  
    End vertical offset: 0.05 14]!LgH  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 9FP6Z[4  
    Width: 0.1 ?#<Fxme  
    Depth: 0.0 fS>W-  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 KX"?3#U#Fm  
    @rRBo:0%  
    7.加入水平平面波: >O&(G0!N+}  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: R."<he ;  
    Input field Transverse: Rectangular y/$WjFj3"  
    X Position: 0.5 [0lCb"  
    Direction: Negative Direction M+gQN}BAr  
    Label: InputPlane1 rG:IS=  
    2D Transverse: G':mc{{  
    Center Position: 4.5 %+L:Gm+^g#  
    Half width: 5.0 )p~\lM}?d  
    Titlitng Angle: 45 x4CrWm  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 X{| 1E85fl  
    图2.波导结构(未设置周期)
    k v,'9z  
    ^ W eE%"  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 y5kqnibh@  
    将Linear2代码段修改如下: ecA:y!N  
    Dim Linear2 glH&v8  
    for m=1 to 8 |+~CdA  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) rqxoqcZ  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 V9`VF O  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 5,:>.LRA  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" =W.b7 6_  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ^+F@KXn L  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" u_dTJ, m  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" MOP/q4j[  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True )TP 1i  
    N|O/3:P<,U  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 -7fsfcGM$  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    /1zi(z   
    cWl  
    设置仿真参数 M9.jJf  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 7Y&W^]UZ0t  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: |g;hXr#~  
    TE simulation `J|bGf#  
    Mesh Delta X: 0.015 Y/2@PzA|  
    Mesh Delta Z: 0.015 [M65T@v  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ;2(8&.  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 b/:9^&z  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 #~^#%G  
            其它参数保持默认 VU J*\Sg  
    运行仿真 a}|B[b  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 SQDllG84E  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Jt\?,~,  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 Z*tB=  
    e%uPZ >'q  
    远场分析衍射 s$4!?b$tw  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ry\Nm[SQ  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 N\ChA]Ck  
    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%c/Jty  
    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) 12U1DEd>-  
    图4.远场计算对话框
    4:.yE|@h[  
    T?4MFx#  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: tV%:sk^d  
    Wavelength: 0.63 >'iXwe-  
    Refractive index: 1.5+0i y2;uG2IS_g  
    Angle Initial: -90.0 Qh<_/X?  
    Angle Final: 90.0 }dQW -U  
    Number of Steps: 721 %JeT,{  
    Distance: 100, 000*wavelength V|e9G,z~A  
    Intensity =+% QfuK  
    X,y0 J  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 xa5^h]o   
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 as=Z_a:0N  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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