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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: 7r6.n61F  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Hus)c3Ty7  
    •光栅布局模拟和后处理分析 <$D`Z-6  
    布局layout L^1NY3=$  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 (d(CT;  
    图1.二维光栅布局
    {i;r  
    XY5K%dMU  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 k R?qb6  
    Ki;*u_4{  
    步骤: O %\*@4zM  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 j * %  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 P0;n9>g  
    Wafer Dimensions: { a =#B)6  
    Length (mm): 8.5 mVj9, q0  
    Width (mm): 3.0 KYB`D.O   
    a1T'x~ '  
    2D wafer properties: sU=H&D99  
    Wafer refractive index: Air Na<pwC  
    3 点击 Profiles 与 Materials. CXH&U@57{  
    ))qy;Q,  
    在“Materials”中加入以下材料 .#EFLXs  
    Name: N=1.5 1y:-N6  
    Refractive index (Re:): 1.5 })'B<vq  
    b!+hH Hv:  
    Name: N=3.14 8=!D$t\3  
    Refractive index (Re:): 3.14 Lc}LGq!  
    n'"/KS+_  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: &5>Kl}7  
    Name: ChannelPro_n=3.14 W~)}xy  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Q-(zwAaE  
    ,<.V7(|t)  
    Name: ChannelPro_n=1.5 `~cqAs}6]Q  
    2D profile definition, Material: n=1.5 2_>N/Z4T  
    ~?l | [  
    6.画出以下波导结构: b]e"1Y)D-  
    a. Linear waveguide 1 QRw"H 8nW  
    Label: linear1 ."g`3tVK  
    Start Horizontal offset: 0.0 }H53~@WP>  
    Start vertical offset: -0.75 )L? P}$+  
    End Horizontal offset: 8.5 <3n Mx^  
    End vertical offset: -0.75 Usvl}{L[  
    Channel Thickness Tapering: Use Default %O;:af"Ja8  
    Width: 1.5 T9=I$@/  
    Depth: 0.0 &0d# Y]D4`  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 7P } W *  
    5%"V[lDx@  
    b. Linear waveguide 2 [+^1.N  
    Label: linear2 IW5,7.  
    Start Horizontal offset: 0.5 GblA9F7  
    Start vertical offset: 0.05 *tA1az-jO  
    End Horizontal offset: 1.0 *;W+>W  
    End vertical offset: 0.05 Zpt\p7WQ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default +w`2kv  
    Width: 0.1 {qk1_yP  
    Depth: 0.0 10Q ]67  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 p%ki>p )E|  
    : 6jbt:  
    7.加入水平平面波: !|(-=2`  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ROI7eU  
    Input field Transverse: Rectangular 2Ah#<k-gC;  
    X Position: 0.5 &C_j\7Dq  
    Direction: Negative Direction 3Tcms/n  
    Label: InputPlane1 FaAC&F@u  
    2D Transverse: g&L!1<, p  
    Center Position: 4.5 +Ze} B*0  
    Half width: 5.0 M-VX;/&FR  
    Titlitng Angle: 45 qZdQD  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 #\{l"-  
    图2.波导结构(未设置周期)
    AYBns]!  
    }rUN_.n4z  
    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。 >>r(/81S  
    将Linear2代码段修改如下: `v!urE/gg%  
    Dim Linear2 yZY\MB/  
    for m=1 to 8 :U|1xgB  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) .vf'YNQ%  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Pm6p v;WK  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" NWESP U):w  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" J3V= 46Yc  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ;nfdGB  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" I9A~Ye 5O&  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" n` _{9R  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 5Pc;5 o0C  
    XT%nbh&y  
    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。 Z?q] bSIT  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    :LQYo'@yB  
     tU5zF.%  
    设置仿真参数 QW~E&B%  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 U+jOTq8M  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 1ba~SHi  
    TE simulation !qQl@j O  
    Mesh Delta X: 0.015  \!X8   
    Mesh Delta Z: 0.015 1t~G|zhX  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps nF]W,@u"h  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ?=msH=N<l  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ! I:%0D  
            其它参数保持默认 s]0{a.Cpv  
    运行仿真 oSKXt}sh  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 _yx>TE2e  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ( $MlXBI  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 u@) U"FZ  
    r|8d 4  
    远场分析衍射 n38p!oS  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Xu'&ynID  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Vm(y7}Aq{  
    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  %\#8{g  
    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) u~:y\/Y6  
    图4.远场计算对话框
    s\(k<Ks  
    +)om^e@.  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 2,oKVm+  
    Wavelength: 0.63 :S83vE81WK  
    Refractive index: 1.5+0i J4C.+![!Ah  
    Angle Initial: -90.0 fw~Bza\e  
    Angle Final: 90.0 >2)OiQ`zg  
    Number of Steps: 721 UgSB>V<?  
    Distance: 100, 000*wavelength bH9kj/q\b  
    Intensity jOunWv|  
    8'[7 )I=  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 {]!mrAjD  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ,-c6dS   
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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