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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: ]{U*+K%,J  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 v;qL? _:=c  
    •光栅布局模拟和后处理分析 K~%5iVO~\  
    布局layout 8=Y|B5   
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 J& SuUh<  
    图1.二维光栅布局
    ~HI0<;r=eL  
    ZU@jtqq  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 AX Jj"hN  
    XN%D`tbvJ  
    步骤: "lzg@=$|)  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 daJ-H  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 m/B9)JzY  
    Wafer Dimensions: ';!UJWYl  
    Length (mm): 8.5 J 2~B<=V  
    Width (mm): 3.0 I}0 -  
    p 8Hv7*  
    2D wafer properties: AG%es0D[H  
    Wafer refractive index: Air |-Klh  
    3 点击 Profiles 与 Materials. )4~XZt1r  
    s/^= WV  
    在“Materials”中加入以下材料 2qR@: ^  
    Name: N=1.5 H$iMP.AK  
    Refractive index (Re:): 1.5 J@{ Bv%  
    BU\NBvX$  
    Name: N=3.14 U]&%EqLS  
    Refractive index (Re:): 3.14 F+^[8zK^  
    >Nqkz?67  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: =n?@My?;  
    Name: ChannelPro_n=3.14 #!j&L6  
    2D profile definition, Material: n=3.14 5d;K.O  
    zMg^2{0L  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ?UIb!k>  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ?& ^l8gE  
    ~i {)J  
    6.画出以下波导结构: t~#+--(  
    a. Linear waveguide 1 *Y>'v%  
    Label: linear1 Jq@LZ2^  
    Start Horizontal offset: 0.0 tXGcwoOB  
    Start vertical offset: -0.75 |EU08b]P29  
    End Horizontal offset: 8.5 @WUCv7U  
    End vertical offset: -0.75 R dzIb-  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ]qQB+]WN  
    Width: 1.5 #f@53Pxb  
    Depth: 0.0 9{&x-ugM  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 cv&hT.1  
    a[#BlH  
    b. Linear waveguide 2 N#qoKY(#  
    Label: linear2 a MD?^  
    Start Horizontal offset: 0.5 RT 9|E80  
    Start vertical offset: 0.05 \EqO;A%<  
    End Horizontal offset: 1.0 sbb{VV`I  
    End vertical offset: 0.05 ?q7Gs)B=^'  
    Channel Thickness Tapering: Use Default u(qpdG||7  
    Width: 0.1 }0*7bb  
    Depth: 0.0 EH%j$=@X  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 RR9s%>^  
    #`EMK   
    7.加入水平平面波: <CdO& xUY  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 3KZ h?~B  
    Input field Transverse: Rectangular v7RDoO]I  
    X Position: 0.5 zoXF"Nz  
    Direction: Negative Direction V!4E(sX  
    Label: InputPlane1 #6nA^K}  
    2D Transverse: p_5+L@%Gb  
    Center Position: 4.5 -rrg?4  
    Half width: 5.0 6 >2! kM7  
    Titlitng Angle: 45 x6]?}Q>>D  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ENr&k(>0HQ  
    图2.波导结构(未设置周期)
    f:>jH+o.S  
    Il[WXt<S  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 Z H*?~ #  
    将Linear2代码段修改如下: 6&cU*Io@  
    Dim Linear2 T!AQJ:;1  
    for m=1 to 8 m[rJFSpef  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) /_HL&|N_5  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 +z_0?x  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 5^i ^?  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" epePx0N%x$  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" EJsb{$u  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" p<NgT1"{  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" g.qp _O  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True A1@a:P=  
    4O'ho0w7  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 TW$^]u~v  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    q Sah_N  
    ^YV[1~O  
    设置仿真参数 _,QUH"  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ^  +G> N  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ME"/%59r  
    TE simulation GWsFW[T?~  
    Mesh Delta X: 0.015 9lwg`UWl,  
    Mesh Delta Z: 0.015 :nn'>  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps *&km5@*  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 1>LquZ+Kj  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 4i\n1RW  
            其它参数保持默认 K>U &jH  
    运行仿真 p_D)=Ef|&  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 od>.5{o  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 4ai3@f5  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 "=)`*"rr  
    MH-,+-Eq  
    远场分析衍射 m"5gzH  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” >jIc/yEYKI  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 NUseYU``  
    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 lH 8?IkK,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) 0n%`Xb0q  
    图4.远场计算对话框
    ^B7Aam  
    idQr^{  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: n/-I7Q!;u  
    Wavelength: 0.63 TqC"lO>:Q  
    Refractive index: 1.5+0i E^G=  
    Angle Initial: -90.0 ;%&@^;@k%  
    Angle Final: 90.0 =:lacK(0  
    Number of Steps: 721 DBRTZES  
    Distance: 100, 000*wavelength @r<w|x}  
    Intensity -3C~}~$>`  
    k K(,FB  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 @W8RAS~  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 asb") NfIm  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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