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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: o[ks-C>jw  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 -(WRhBpw  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ?.F^Oi6 u  
    布局layout `i(b%$|^&Z  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 /0gr?I1wr7  
    图1.二维光栅布局
    j #: ARb  
    >0ZG&W9  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 'a JE+  
    tKe-Dk9  
    步骤: R\7r!38  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Qb)c>r  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 . 70=xH  
    Wafer Dimensions: ~F,Y BX  
    Length (mm): 8.5 e_3jyA@v  
    Width (mm): 3.0 Twd*HH  
    *My9r.F5o  
    2D wafer properties: t>N2K-8Qh  
    Wafer refractive index: Air 2SlL`hN>Z  
    3 点击 Profiles 与 Materials. M6Xzyt|  
    zY*~2|q,s  
    在“Materials”中加入以下材料 =X5w=(&  
    Name: N=1.5 LVdR,'lS  
    Refractive index (Re:): 1.5 2p;I<C:Eo  
    Uvc$&j^k  
    Name: N=3.14 m='}t \=  
    Refractive index (Re:): 3.14 {j`8XWLZZN  
    S},Cz  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ^J hs/HV  
    Name: ChannelPro_n=3.14 /8l@n dZf  
    2D profile definition, Material: n=3.14 QP50.P5g  
    F Xr\  
    Name: ChannelPro_n=1.5 U<sGj~"#  
    2D profile definition, Material: n=1.5 JCBX?rM/  
    v%2Dz  
    6.画出以下波导结构: e&T-GL  
    a. Linear waveguide 1 ,\&r\!=  
    Label: linear1 jLM y27Cn  
    Start Horizontal offset: 0.0  03zt^<  
    Start vertical offset: -0.75 ZD|F"v.  
    End Horizontal offset: 8.5 (*6 .-Xn  
    End vertical offset: -0.75 z>,tP  
    Channel Thickness Tapering: Use Default }s'=w]m  
    Width: 1.5 C<T6l'S{?  
    Depth: 0.0 EyU6^  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 M"p%CbcI]  
    ZDp^k{AN9a  
    b. Linear waveguide 2 .nVY" C&  
    Label: linear2 t$t'{*t( T  
    Start Horizontal offset: 0.5 "bRjY?D  
    Start vertical offset: 0.05 GKF!GbGR@  
    End Horizontal offset: 1.0 F[jqJzCz  
    End vertical offset: 0.05 0iR?r+|  
    Channel Thickness Tapering: Use Default <{;'0> ToM  
    Width: 0.1 r 9M3rj]  
    Depth: 0.0 1oiSmW\  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 /&47qU4PJ  
    _](y<O^9yO  
    7.加入水平平面波: 45[,LJaMd  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Ue Z(@6_:  
    Input field Transverse: Rectangular l4taD!WD/  
    X Position: 0.5 Zon7G6s9`  
    Direction: Negative Direction @@\px66  
    Label: InputPlane1 (7! pc  
    2D Transverse: wX6-WQR  
    Center Position: 4.5 z ULH gG  
    Half width: 5.0 OIw[sum2  
    Titlitng Angle: 45 F,VWi$Po\N  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ~rjK*_3/  
    图2.波导结构(未设置周期)
    gn.)_  
    "x;FE<I  
    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。 UfO='&U^  
    将Linear2代码段修改如下: $'d,X@}8  
    Dim Linear2 ^jS1g*nrN  
    for m=1 to 8 `.pd %\  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) KI*b We  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ]lyQ*gM  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" !@ P{s'<:  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" jjEu  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 4 )}>dxv  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Z]2z*XD  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" $K\e Pfk  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True G[>CBh5  
    L$!2<eK  
    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。 @J6r;4|&  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    =2rdbq6R  
    !U2<\!_  
    设置仿真参数 e~># M $  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 >Q"3dw  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: _^RN$4.R>  
    TE simulation Uh1UZ r  
    Mesh Delta X: 0.015 x@O )QaBN!  
    Mesh Delta Z: 0.015 zZ51jA9x  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps g co;8e_  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 -R];tpddR5  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 {`)o xzR  
            其它参数保持默认 ${ DSH  
    运行仿真 n++ak\  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 8~.8"gQ  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 >bhF{*t#;y  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 fh1-]$z`~  
    gwB0/$!4"  
    远场分析衍射 C~.\2D`zy  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” $5\sV48f  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 >OjK0jiPf  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 2p 7;v7)y  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) 7rGp^  
    图4.远场计算对话框
    yF |28KJ  
    r~,3  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: apM)$  
    Wavelength: 0.63 :]8A;`G}  
    Refractive index: 1.5+0i *N{k#d/  
    Angle Initial: -90.0 B 'd@ms  
    Angle Final: 90.0 4pcIH5)z  
    Number of Steps: 721 (&V*~OR  
    Distance: 100, 000*wavelength S @!z'$&  
    Intensity T(cpU,Q  
    `@6y Wb:X  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 QGErQ +l  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 U =g&c `  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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