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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: )]3L/  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 SijS5irfk  
    •光栅布局模拟和后处理分析 %oR>Uo  
    布局layout h+5 @I%WX  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 }Iip+URG  
    图1.二维光栅布局
    |J\,F.{'  
    6vF/e#},  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 v O PMgEI  
    n?}5!  
    步骤: ;c$@@ l  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 *l:&f_ngV  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 72u db^  
    Wafer Dimensions: \<=IMa0  
    Length (mm): 8.5 U[bgu#P;  
    Width (mm): 3.0 8sH50jeP  
    t|<FA#  
    2D wafer properties: 2Sjt=LOc="  
    Wafer refractive index: Air >GmN~"iJ  
    3 点击 Profiles 与 Materials. G@B*E%$9  
    )Y~xIj >  
    在“Materials”中加入以下材料 %Sul4: D#  
    Name: N=1.5 'd+:D'  
    Refractive index (Re:): 1.5 y)tYSTJK  
    @"w2R$o  
    Name: N=3.14 FZH-q!"^cK  
    Refractive index (Re:): 3.14 BD4`eiu"  
    V!W1fb7V  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Hxn<(gd G  
    Name: ChannelPro_n=3.14 +O4(a.  
    2D profile definition, Material: n=3.14 EQ/^&  
    \@8*TS  
    Name: ChannelPro_n=1.5 D,E$_0  
    2D profile definition, Material: n=1.5 `On3/gU|  
    5tMh/]IeS  
    6.画出以下波导结构: (uRZxX  
    a. Linear waveguide 1 CIEJql?`  
    Label: linear1 KXq_K:r?  
    Start Horizontal offset: 0.0 =&N$Vqn  
    Start vertical offset: -0.75 E0<)oQ0Xa>  
    End Horizontal offset: 8.5 `\ R{5TU  
    End vertical offset: -0.75 3(C :X1  
    Channel Thickness Tapering: Use Default (![t_r0  
    Width: 1.5 bs BZ E  
    Depth: 0.0 bQ"N ;d)e  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 K?[)E3  
    6{8/P'@/Zz  
    b. Linear waveguide 2 `zY!`G  
    Label: linear2 [g`,AmR\!  
    Start Horizontal offset: 0.5 +YuzpuxjJ  
    Start vertical offset: 0.05 7OE[RX8!f  
    End Horizontal offset: 1.0 M7vj^mt?  
    End vertical offset: 0.05 Hit Ac8  
    Channel Thickness Tapering: Use Default /K@$#x_{  
    Width: 0.1 # ) `\!)?  
    Depth: 0.0 i5VG2S  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 P.h.M A]  
    Wy.";/C  
    7.加入水平平面波: ik IzhUWE  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Yg&` U^7]B  
    Input field Transverse: Rectangular gApz:K[l  
    X Position: 0.5 f1J %]g!  
    Direction: Negative Direction 6g~+( ({lQ  
    Label: InputPlane1 @mNJ=mEV  
    2D Transverse: GG+5/hU  
    Center Position: 4.5 Z\'wm'  
    Half width: 5.0 {>h97}P  
    Titlitng Angle: 45 y?Onb 3%  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 :~D]; m  
    图2.波导结构(未设置周期)
    {_(+>v"eJ  
    vK:QX$b  
    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。 O_AGMW/2+  
    将Linear2代码段修改如下: g|4w8ry  
    Dim Linear2 ,T{oy:rB  
    for m=1 to 8 JhJLqb@q  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) S>#R_H<(  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 }[v~&  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" `iQqhx  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" A9;0y jae  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" u7#z^r  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" K$ AB} Fvc  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" iadkH]w  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True !oGQ8 e  
    ]u0Jd#@  
    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。 #w*"qn#2Uz  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ?:/|d\,7@  
    @)b^^Fp  
    设置仿真参数 {R8=}Qo  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 s!de2z  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: wS%zWdsz  
    TE simulation 4TVwa(cB  
    Mesh Delta X: 0.015 Ji A'BEJN  
    Mesh Delta Z: 0.015 t%$@fjz  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps c{VJ2NQ+  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ="dDA/,$VS  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 L=g_@b   
            其它参数保持默认 `pm>'  
    运行仿真 P#*n3&Uu  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Ia7D F'  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 RHI&j~  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 `)tA YH  
    ]7vf#1i<  
    远场分析衍射 $:;%bjSI  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” |7c `(.  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 o_rtH|ntX5  
    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 ?wCs&tM  
    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) SQE` U  
    图4.远场计算对话框
    z 6cYC,  
    Y`^o7'Z2^P  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: gQ+9xTd  
    Wavelength: 0.63 &O*ENpF  
    Refractive index: 1.5+0i g_M ^E-3  
    Angle Initial: -90.0 s#P:6]Ar  
    Angle Final: 90.0 -l[jEJS}  
    Number of Steps: 721 iaRR5D-  
    Distance: 100, 000*wavelength k{-`]qiK  
    Intensity Z Xb}R^O-  
    |X3">U +-  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 3]`mQm E  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ^*>n4U  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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