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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: } M-^A{C\%  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 V:HxRMF2X  
    •光栅布局模拟和后处理分析 AL@8v=  
    布局layout &SuWmtq  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 F,+nj?i!  
    图1.二维光栅布局
    q ww*  
    wb~B Y  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ? cU9~=  
    4{4VC"fa  
    步骤: &{E1w<uv  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 RQhS]y@e  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 Kab"r_'  
    Wafer Dimensions: "=<T8M  
    Length (mm): 8.5 TLbnG$VQS  
    Width (mm): 3.0 oS3'q\  
    MJ"ug8 N  
    2D wafer properties: &iR3]FNI  
    Wafer refractive index: Air >dO1)  
    3 点击 Profiles 与 Materials. T40&a(hXQ  
    U4;r.#qw,  
    在“Materials”中加入以下材料 :"QR;O@  
    Name: N=1.5 M ,!Dhuas  
    Refractive index (Re:): 1.5 MiHa'90{K  
    W;%$7&+0  
    Name: N=3.14 &h^E_]P  
    Refractive index (Re:): 3.14 WOBLgM,|  
    I!sh+e  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: &w15 GO;4  
    Name: ChannelPro_n=3.14 tNpBRk(}  
    2D profile definition, Material: n=3.14 u~b;m  
    CVUA7eG+  
    Name: ChannelPro_n=1.5 *UL++/f  
    2D profile definition, Material: n=1.5 EHI %QT  
    ,',  S  
    6.画出以下波导结构: O_=2{k~s0  
    a. Linear waveguide 1 y,&'nk}  
    Label: linear1 DzZEn]+zt  
    Start Horizontal offset: 0.0 xib?XzxGo  
    Start vertical offset: -0.75 Aw?i6d  
    End Horizontal offset: 8.5 Yf1&"WW4  
    End vertical offset: -0.75 E3..$x-/  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 3an9Rb V  
    Width: 1.5 G-7!|&  
    Depth: 0.0 .M(')$\U  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 9mA6nmp  
    P ?^h  
    b. Linear waveguide 2 o,qq*}=  
    Label: linear2 q|7i6jq\*R  
    Start Horizontal offset: 0.5 R:N4_4& C~  
    Start vertical offset: 0.05 <O<Kf:i&c1  
    End Horizontal offset: 1.0 pg<m0g@W*;  
    End vertical offset: 0.05 b"4'*<=au  
    Channel Thickness Tapering: Use Default sF. oZ>  
    Width: 0.1 69q#Zw[,,  
    Depth: 0.0 6=pE5UfT  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 .4CCR[Het  
    5:R$xgc  
    7.加入水平平面波: ov3FKMG?  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: }xx"  
    Input field Transverse: Rectangular "mk@p=d  
    X Position: 0.5 ?Z^?A^; }$  
    Direction: Negative Direction s+m3&(X  
    Label: InputPlane1 \p4>onGI  
    2D Transverse: YL?2gBT  
    Center Position: 4.5 UY5wef2sF  
    Half width: 5.0 5S9i>B  
    Titlitng Angle: 45 r!+..c  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ?T1vc  
    图2.波导结构(未设置周期)
    KIRCye  
    X&LaAqlSG  
    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。 1j_gQ,'20  
    将Linear2代码段修改如下: /]1$Soo  
    Dim Linear2 ;OMR5KAz  
    for m=1 to 8 )tvP|  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ZA1:Y{ V  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 :QoW*Gs1  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" q"@>rU4  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" )k^y<lC2a  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ohJo1}{  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" zH5pe  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" n[K LY!  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True !-veL1r  
    !jQj1QZR`  
    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。 OH >#f6`[  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    $,.XPK5Q u  
    fEo5j`}  
    设置仿真参数 #lfW0?Y'  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 88&M8T'AP  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 9 _oAs"w  
    TE simulation $xU)t&Df  
    Mesh Delta X: 0.015 !kxJ&VmeF  
    Mesh Delta Z: 0.015 ;;|o+4Ob;  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps RW`j^q,c3  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 RVN;j4uMg  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 O0^?VW$y_  
            其它参数保持默认 ,+4*\yI3l  
    运行仿真 nl-y0xD9c  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 bu8AOtY9E-  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 *t{^P*pc  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 [C#H _y(  
    XfQK kol  
    远场分析衍射 F~$ay@g  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” vbh 5  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 _. &N@k  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 )61X,z  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) @tIY%;Bgk  
    图4.远场计算对话框
    Pi hpo  
    Fhrj$  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: zCdcwTe  
    Wavelength: 0.63 oLS/  
    Refractive index: 1.5+0i $KVCEe!X  
    Angle Initial: -90.0 KG=57=[  
    Angle Final: 90.0 b5S4C2Ynq  
    Number of Steps: 721 #F=!g?  
    Distance: 100, 000*wavelength 5S*aZ1t18  
    Intensity /:d6I].  
    /,,IM/(6^  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 D0}r4eA  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 R $@$  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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