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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: }4ju2K  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 eBRP%<=>D  
    •光栅布局模拟和后处理分析 <UL|%9=~  
    布局layout 4E(5Ccb  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 5WN Z7cO  
    图1.二维光栅布局
    *U^hwL  
    a~TZ9yg+HL  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 M HB]'  
    bHT@]`@@  
    步骤: .qPfi] ty  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 #\["y%;W  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 "8 mulE,  
    Wafer Dimensions: D}U<7=\3H  
    Length (mm): 8.5 e%Xf*64  
    Width (mm): 3.0 0-~x[\>>  
    e[dRHl  
    2D wafer properties: */e5lRO\  
    Wafer refractive index: Air y5D?Bg|M  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ?a9k5@s  
    XFe7qt;%  
    在“Materials”中加入以下材料 )t=u(:u]  
    Name: N=1.5 L=FvLii.  
    Refractive index (Re:): 1.5 cb,sb^-  
    j}*+-.YF  
    Name: N=3.14 # Kr.!uD  
    Refractive index (Re:): 3.14 xA E@cwg  
    vp9<.*h  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: /j@r~mt/pA  
    Name: ChannelPro_n=3.14 X&8,.=kt"  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Y6PA\7Y\  
    sZDJ+  
    Name: ChannelPro_n=1.5 X1dG'PQ  
    2D profile definition, Material: n=1.5 x7@HPf  
    * v]UgPk  
    6.画出以下波导结构: Y\|J1I,Z4  
    a. Linear waveguide 1 "A+F&C>  
    Label: linear1 w8ld* z  
    Start Horizontal offset: 0.0 -y.AJ~T  
    Start vertical offset: -0.75 k4rB S  
    End Horizontal offset: 8.5 mnj A8@1  
    End vertical offset: -0.75 c3t8yifQ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default f~9Y1|6  
    Width: 1.5 IW_D$pq  
    Depth: 0.0 Rw 8o]  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 [0#hgGO]P  
    h'KtG<+  
    b. Linear waveguide 2 lM"7 Z  
    Label: linear2 e_-/p`9  
    Start Horizontal offset: 0.5 mK4|=Q  
    Start vertical offset: 0.05 ~]M"  
    End Horizontal offset: 1.0 r/2:O92E  
    End vertical offset: 0.05 db~:5#*  
    Channel Thickness Tapering: Use Default /D+$|k mW]  
    Width: 0.1 )c !S@Hs  
    Depth: 0.0 L|w-s4L  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 S>E.*]_  
    kc[["w&  
    7.加入水平平面波: elgQcJ99  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: &Z!2xfQy>  
    Input field Transverse: Rectangular uJ[Vv4N%9  
    X Position: 0.5 w\*/(E<:  
    Direction: Negative Direction E%B Gf}h  
    Label: InputPlane1 %T\x~)  
    2D Transverse: 3wl>a#f  
    Center Position: 4.5 ,ua1xsZl&  
    Half width: 5.0 W F<V2o{k  
    Titlitng Angle: 45 Y_sVe  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 7bS[\5  
    图2.波导结构(未设置周期)
    |9eY R  
    .?RjH6W  
    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。 Z+(V \  
    将Linear2代码段修改如下: K6 7? d  
    Dim Linear2 MNC!3d(D\R  
    for m=1 to 8 koZp~W-  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ^i\1c-/  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 v1)6")8o+  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" I_7EfAqg(  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" wP"|$HN  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" >oDP(]YGg  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" k^jCB>b  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 'bPo 5V|  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True k)Wz b  
    F9w&!yW:  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 t@M] ec  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    uD5yw #`  
    f4}6$>)  
    设置仿真参数 =U2n"du  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 yTiqG5r  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: yfQE8v+  
    TE simulation k1zt|  
    Mesh Delta X: 0.015 2"mj=}y6  
    Mesh Delta Z: 0.015 rK|&u v*b  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 8ZfIh   
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 \-ws[  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 <t{AY^:r  
            其它参数保持默认 5AU3s  
    运行仿真 n4y6Ua9m{  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 wkA!Jv%  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 0EXNq*=EE  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 Qpf]3  
    zAJUL  
    远场分析衍射 uF"`y&go  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” hATy 3*4  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 >nEnX  
    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 %tQ{Hf~  
    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) pUGfm  
    图4.远场计算对话框
    J?fh3RW9  
    Q@VnJ,  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: X(28 xbd|  
    Wavelength: 0.63 X{9o8 *V  
    Refractive index: 1.5+0i !5!$h` g  
    Angle Initial: -90.0 {`CWzk?  
    Angle Final: 90.0 aZ`ags ofk  
    Number of Steps: 721 @A'1D@f#  
    Distance: 100, 000*wavelength w8I&:"^7<  
    Intensity N o\&~  
    Qp&yS U8  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 SJ^?D8  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 7#qL9+G  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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