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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: [-bT_X  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Kb#}f/  
    •光栅布局模拟和后处理分析 5^\f[}  
    布局layout rl,6r u  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 -;?5<>zZ  
    图1.二维光栅布局
    "16-K%}  
    L|3wG Y9E  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 8'2lc  
    3ppY@_1  
    步骤: O_p:`h:;M  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 `aS9 o]t  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 \c! LC4pE  
    Wafer Dimensions: 3}H"(5dL}z  
    Length (mm): 8.5 j;O{Hvvz  
    Width (mm): 3.0 [Q/')5b  
    Ge|& H]W  
    2D wafer properties: <9S?wju4W'  
    Wafer refractive index: Air "}bk *2  
    3 点击 Profiles 与 Materials. up~l4]b+  
    z:aT5D  
    在“Materials”中加入以下材料 P7I,xcOm  
    Name: N=1.5 U=C8gVb{Hq  
    Refractive index (Re:): 1.5 V;Zp3Qo!  
    !P, 9Sg&5)  
    Name: N=3.14 {.N" 6P  
    Refractive index (Re:): 3.14 dm Lgt)-t  
    1:%m >4U  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: c 25wm\\  
    Name: ChannelPro_n=3.14 yT42u|xZA  
    2D profile definition, Material: n=3.14 FxKb  
    v UAYYe  
    Name: ChannelPro_n=1.5 #;RP ?s  
    2D profile definition, Material: n=1.5 E( M\U5o:  
    O,_2dj d  
    6.画出以下波导结构: -;z&">  
    a. Linear waveguide 1 XHO}(!l\  
    Label: linear1 x7J|  
    Start Horizontal offset: 0.0 hGH{Xp[mW  
    Start vertical offset: -0.75 <ZJ>jZV0*  
    End Horizontal offset: 8.5 >qn@E?Uf  
    End vertical offset: -0.75 HnVUG4yZTD  
    Channel Thickness Tapering: Use Default {sy#&m(el  
    Width: 1.5 [&rW+/  
    Depth: 0.0 :y'D] ,_  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 x#e(&OjN7  
    lC6#EU;  
    b. Linear waveguide 2 VG'oy  
    Label: linear2 V9"Kro  
    Start Horizontal offset: 0.5 o(~>a  
    Start vertical offset: 0.05 }0uSm%,"  
    End Horizontal offset: 1.0 : H<u@%  
    End vertical offset: 0.05 [^W4%S  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ?x@BZe  
    Width: 0.1 ..7"&-?g{4  
    Depth: 0.0 c?d+>5"VX  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 5/mW:G,&  
    <27B*C M  
    7.加入水平平面波: -,96Qg4vI  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ?M7nbfy[A@  
    Input field Transverse: Rectangular eF"7[_+D  
    X Position: 0.5 kT UQ8U  
    Direction: Negative Direction (@M=W.M#  
    Label: InputPlane1 +=MO6}5T  
    2D Transverse: "G|Gyc  
    Center Position: 4.5 P]+^^ U  
    Half width: 5.0 [kFX>G4  
    Titlitng Angle: 45 "twV3R  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 @P"q`*  
    图2.波导结构(未设置周期)
    oCSf$g8q  
    XFmnZpqXH  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 < V"'j  
    将Linear2代码段修改如下: K;-:C9@  
    Dim Linear2 " %|CD"@  
    for m=1 to 8 +:It1`A~]  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Np|i Xwl1  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 >S{1=N@Ev=  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 622mNY  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" K]@^8e$(  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" >Z|4/PF  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" "SyyOD )WA  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" VQ<Z`5eV  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True "C=HBJdYB5  
    /D8cJgH-  
    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。 Ec0Ee0%A]  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    5.VA1  
    1WcT>_$  
    设置仿真参数 Dw[w%uz  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 `"(7)T{  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: l},px  
    TE simulation ,i*^fpF`F"  
    Mesh Delta X: 0.015 ffm19B=  
    Mesh Delta Z: 0.015 &J"a`l2  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps H7#RL1qM&  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ":"M/v%F  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 xvp{F9~qT  
            其它参数保持默认 .1|'9@]lj4  
    运行仿真 $j{ynh)^  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 [rPW@|^5  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 o,Ha-z]f  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 3QUe:8  
     }tv-  
    远场分析衍射 )zUV6U7v  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” O:lD>A4{  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 LUo3y'  
    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 hUA3(!0)  
    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) *i%!j/QDAP  
    图4.远场计算对话框
    \~y>aYy  
    >PySd"u  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 30<dEoF  
    Wavelength: 0.63 Jz:d\M~j5  
    Refractive index: 1.5+0i `2S{.s  
    Angle Initial: -90.0 4sZ^:h,1  
    Angle Final: 90.0 [(btpWxb^  
    Number of Steps: 721 Jz%&-e3  
    Distance: 100, 000*wavelength 7Zu!s]t  
    Intensity #0xvxg%{  
    8%`Sx[  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 CF42KNq  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 XJ@ /r,2  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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