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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: y;<suGl  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 5;^1Ab0  
    •光栅布局模拟和后处理分析 n00J21  
    布局layout ,9_O4O%  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 <p/2hHfiD  
    图1.二维光栅布局
    *FZav2]-  
    BT_XqO  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 .y3E @0a  
    -38"S;M8  
    步骤: BnGoB`n  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 S4{vS?>j  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 Ak kF6d+  
    Wafer Dimensions: Yg,b ;H  
    Length (mm): 8.5 F'|e:h  
    Width (mm): 3.0 e.%I#rNI  
    G e]NA]<  
    2D wafer properties: H>;,r ,  
    Wafer refractive index: Air b7~Jl+m  
    3 点击 Profiles 与 Materials. >wt.)c?5  
    L%Rw]=v}v  
    在“Materials”中加入以下材料 #\QW <I#/  
    Name: N=1.5 W;UPA~nT~  
    Refractive index (Re:): 1.5 8AY;WL:;  
    j%-Ems*H  
    Name: N=3.14 fR'!p: ~  
    Refractive index (Re:): 3.14 :l!sKT?:d!  
    3\ Mt+!1{  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 8#Z)qQWi_t  
    Name: ChannelPro_n=3.14 t&=bW<6  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ]Sa#g&}T>  
    }zsIp,  
    Name: ChannelPro_n=1.5 fKqr$59>  
    2D profile definition, Material: n=1.5 CsycR@[  
    Cb?  !+U  
    6.画出以下波导结构: g'7\WQ  
    a. Linear waveguide 1 .ve_If-Hg  
    Label: linear1 Q<;EQb#  
    Start Horizontal offset: 0.0 3%1wQXr0  
    Start vertical offset: -0.75 Y9<[n)>+  
    End Horizontal offset: 8.5 |9]-_a  
    End vertical offset: -0.75 *GBV[D[G,  
    Channel Thickness Tapering: Use Default !-470J  
    Width: 1.5 :f39)g5>  
    Depth: 0.0 )e`9U.C  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 xZ;eV76  
    0=6mb]VUi=  
    b. Linear waveguide 2 [7gz?9VyLF  
    Label: linear2 MZ-;'w&Z  
    Start Horizontal offset: 0.5 ]wEI *c(  
    Start vertical offset: 0.05 :.XlAQR~b  
    End Horizontal offset: 1.0 &&P9T/Zks  
    End vertical offset: 0.05 *<:X3|3E  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Ib{l$#  
    Width: 0.1 (:`4*xK  
    Depth: 0.0 @S}j=k  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Ua 6O~,\  
    :LNZC,-f}5  
    7.加入水平平面波: %#v$d  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: &ZC{ _t  
    Input field Transverse: Rectangular 85Yi2+8f4  
    X Position: 0.5 V'W*'wo   
    Direction: Negative Direction nKr'cb  
    Label: InputPlane1 ^" g?m  
    2D Transverse: hDW_a y4  
    Center Position: 4.5 Ew PJ|Z^  
    Half width: 5.0 Tr:@Dv.O  
    Titlitng Angle: 45 a BMV6'  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 5Wa)_@qI)`  
    图2.波导结构(未设置周期)
    \M@IKE  
    w/( T  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 _$@fCo0  
    将Linear2代码段修改如下: R0*P,~L;|  
    Dim Linear2 exiu;\+j  
    for m=1 to 8 Oi:Hs  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) [j@i^B &  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 W? 4:sLC#3  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" YB7A5  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" J9 NuqV3  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" AU`z.Isf  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" a1I-d=]  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Z'k?lkB2i  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Y1sK sdV  
    sB *dv06b0  
    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。 {%>~ ]9E  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    dZ(Z]`L,B  
    &0Y |pY  
    设置仿真参数 (9aOET>GG  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 i{$P.i/&  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: JC~sz^>p\  
    TE simulation LA\3 ,Uv  
    Mesh Delta X: 0.015 ,{q#U3  
    Mesh Delta Z: 0.015 V*te8HIe  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 'G % ]/'_U  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 k&t.(r\  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 2oahQ: }B  
            其它参数保持默认 UQh.o   
    运行仿真 e#mf{1&  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 M61Nl)|mx&  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 <eSg%6z  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 (_}q>3  
    ~x'8T!M{  
    远场分析衍射 ~YW;'  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”  8(K:2  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 o!+'< IQ'  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 |*zgX]-+;  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) RF2I_4  
    图4.远场计算对话框
    58#nYt  
    P6>C+T1  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ke W7pN?  
    Wavelength: 0.63 ]-#/wC[$l=  
    Refractive index: 1.5+0i sXPva@8_  
    Angle Initial: -90.0 lj&\F|-i  
    Angle Final: 90.0 LHZsmUM(dg  
    Number of Steps: 721 V!]|u ^4I  
    Distance: 100, 000*wavelength hC<E4+5.,  
    Intensity Z7y%  
    6j {ynt  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 Px?"5g#+  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 )eZuG S  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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