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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: |e pe;/  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 9^}GUJy?  
    •光栅布局模拟和后处理分析 I015)vFc  
    布局layout >o[T#U  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ]IoS-)$Z/  
    图1.二维光栅布局
    g:*yjj  
    /Ia#udkNMp  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 *F9uv)[kz  
    U}{r.MryFG  
    步骤: }LE/{]A  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 +V0uH pm  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 |E}N8 \Gr  
    Wafer Dimensions: ",K6zALJ  
    Length (mm): 8.5 `@:^(sMo  
    Width (mm): 3.0 3W27R  
    mM95BUB  
    2D wafer properties: bZKK' d$I  
    Wafer refractive index: Air T0Gu(c`1d  
    3 点击 Profiles 与 Materials. yX)2 hj:s  
    ?vk&k(FT  
    在“Materials”中加入以下材料 uH7u4f1Q  
    Name: N=1.5 a u#IA  
    Refractive index (Re:): 1.5 gFW1Nm_DJ  
    :oZ30}  
    Name: N=3.14 6x.#K9@q4  
    Refractive index (Re:): 3.14 3_D$6/i  
    &-&6ARb7o  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: :0vNg:u+  
    Name: ChannelPro_n=3.14 +tOV+6Uz  
    2D profile definition, Material: n=3.14 %]:u^\7  
    ho0T$hB  
    Name: ChannelPro_n=1.5 l~\'Z2op   
    2D profile definition, Material: n=1.5 fdPg{3x*k  
    3 8f9jF%7j  
    6.画出以下波导结构: w1.KRe{M  
    a. Linear waveguide 1 K!'9wt  
    Label: linear1 gjwp' GN  
    Start Horizontal offset: 0.0 KBOxr5w  
    Start vertical offset: -0.75 ")8wu1V-  
    End Horizontal offset: 8.5 x0 j$]$  
    End vertical offset: -0.75 V%3K")  
    Channel Thickness Tapering: Use Default K.1#cf ^'  
    Width: 1.5 |}#Rn`*2y  
    Depth: 0.0 gTs5xDvJ  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 WSh+5](:  
    `s.y!(`q  
    b. Linear waveguide 2 > ^D10Nf*  
    Label: linear2 4|*_mC  
    Start Horizontal offset: 0.5  ;BpuNB  
    Start vertical offset: 0.05 VdYu| w ;v  
    End Horizontal offset: 1.0 _I75[W!  
    End vertical offset: 0.05 2vK{Yw   
    Channel Thickness Tapering: Use Default I*'QD)  
    Width: 0.1 ;Qw>&24h[  
    Depth: 0.0 7kj#3(e  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ]ul]L R%.  
    3VcG /rf  
    7.加入水平平面波: &a7KdGP8V  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ,%D \  
    Input field Transverse: Rectangular S3.Pqp_<  
    X Position: 0.5 ;i\i+:=  
    Direction: Negative Direction 3'IF? ](]U  
    Label: InputPlane1 I>fEwMk~  
    2D Transverse: P1)9OE  
    Center Position: 4.5 #knpZ'  
    Half width: 5.0 %e=BC^VW  
    Titlitng Angle: 45 k;q|pQ[  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 yn`H}@`k  
    图2.波导结构(未设置周期)
    bluhiiATd  
    ~6E `6;`  
    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^s&]  
    将Linear2代码段修改如下: sJMT _yt;  
    Dim Linear2 Fvl_5l  
    for m=1 to 8 > u~ l_?  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) tP7l ;EX4  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 l2._Z Py  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" yX<Sk q  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" "Q-TLN5(  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" #2/k^N4r  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" _6xC4@~h*  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ':6`M  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True <`n T+c  
    ^vfp;  
    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。 QGn3xM66  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    P^T]Ubv"  
    SW# 5px`  
    设置仿真参数 FUiEayM  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 NRgNh5/  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 0%#ZupN  
    TE simulation IP9mv`[  
    Mesh Delta X: 0.015 yC(xi"!  
    Mesh Delta Z: 0.015 /X; [ 9&  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps jgK8} C  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 hCuUX)>Bt  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 #px74EeI\  
            其它参数保持默认 Am{Vtl)i  
    运行仿真 0 z.oPV@  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 JPR o<jt=  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 <My4 )3  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 <y7nGXzLK  
    )E;B'^RVR  
    远场分析衍射 Mj2`p#5wKh  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” w|lA%H7`J  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 x2%xrlv<J/  
    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 !?#B*JGFS  
    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) @FO= 0_;y  
    图4.远场计算对话框
    *6IytW OX5  
    iGlg@  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: `bY>f_5+  
    Wavelength: 0.63 leR-oeSO  
    Refractive index: 1.5+0i DP_ ]\V<sT  
    Angle Initial: -90.0 Z8I  Y!d  
    Angle Final: 90.0 # 3UrGom  
    Number of Steps: 721 Dc-v`jZ@)  
    Distance: 100, 000*wavelength KW`^uoY$  
    Intensity @{n"/6t  
    e98f+,E/  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 b\^X1eo  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ( y0  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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