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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: gw' uY$  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ,<R/jHZP9  
    •光栅布局模拟和后处理分析 q}P< Ejq}  
    布局layout lx _jy>$}r  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 kx&Xk0F_g  
    图1.二维光栅布局
    )d5H v2/0  
    JAJo^}}{b  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 C^9G \s'  
     2f>G   
    步骤: ]S;^QZ  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 OXcQMVa 6  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 L A &W@  
    Wafer Dimensions: "#,]` ME;  
    Length (mm): 8.5 gZ vX~  
    Width (mm): 3.0 ?.Mw  
    s |B  
    2D wafer properties: 7i^7sT8t  
    Wafer refractive index: Air Ua0fs|t1v  
    3 点击 Profiles 与 Materials. JL gk?  
     Age  
    在“Materials”中加入以下材料 $>Md]/I8  
    Name: N=1.5 r9nH6 Md\  
    Refractive index (Re:): 1.5 7Nx5n<  
    >%Rb}Ki4  
    Name: N=3.14 mHCp^g4Q  
    Refractive index (Re:): 3.14 Mj&`Y gW5a  
    "<['W(  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: tg =ClZ-  
    Name: ChannelPro_n=3.14 S:!gj2q9|  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ;Z>u]uK4+  
    r\nKJdh;ka  
    Name: ChannelPro_n=1.5 (=#[om( A  
    2D profile definition, Material: n=1.5 u@QP<[f  
    #._%~}U  
    6.画出以下波导结构: Nl"Xl?y}  
    a. Linear waveguide 1 u /PaXQ  
    Label: linear1 8 KDF*%7'  
    Start Horizontal offset: 0.0 zgre&BV0q  
    Start vertical offset: -0.75 ^na8d's:  
    End Horizontal offset: 8.5 mL\_C9k,n  
    End vertical offset: -0.75 Pnf|9?~$H  
    Channel Thickness Tapering: Use Default BG ] w2=  
    Width: 1.5 W)F<<B,  
    Depth: 0.0 Y2lBQp8'|  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 2cv!85  
    X}"Ic@8  
    b. Linear waveguide 2 aC$-riP,?'  
    Label: linear2 Tfasry9'8  
    Start Horizontal offset: 0.5 %LI[+#QE  
    Start vertical offset: 0.05 2AYV9egZ  
    End Horizontal offset: 1.0 3JhT  
    End vertical offset: 0.05 3PRg/vD3  
    Channel Thickness Tapering: Use Default o8<0#W@S  
    Width: 0.1 q{4W@Um-  
    Depth: 0.0 t<8vgdD  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 4I"%GN[tA  
    :mP%qG9U  
    7.加入水平平面波: RP!!6A6:  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: f3r\X  
    Input field Transverse: Rectangular %@C(H%obWd  
    X Position: 0.5 9Yu63s ia  
    Direction: Negative Direction y $i^C:N  
    Label: InputPlane1 KMs[/|HX\  
    2D Transverse: hM_0/o-  
    Center Position: 4.5 QuB`}rfLf  
    Half width: 5.0 5(9SIj^O  
    Titlitng Angle: 45 kSL7WQe?j  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 kHWW\?O  
    图2.波导结构(未设置周期)
    l]g /rs  
    4o/}KUu(*  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 7hV9nuW  
    将Linear2代码段修改如下: tO?NbWcp  
    Dim Linear2 8x)&4o@  
    for m=1 to 8 hk5[ N=  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) RN, 5>.w  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 4lM)ZDg  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" X667*L^  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" J#1-Le8@  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ot%^FvQ[c  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Np2I*l6W  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" a:q>7V|%$  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True MWGs:tpL4  
    Fx@ovI- 5  
    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。 %-nYK3  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    T<o^f n,H  
    i`nmA-Zj[  
    设置仿真参数 E =*82Y=B  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框  dmR>u  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: kT-dQ32  
    TE simulation w"PnN  
    Mesh Delta X: 0.015  v|K,  
    Mesh Delta Z: 0.015 biLNR"/E  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Os90fR  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 GgU8f0I  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 L'Yg$9Vz  
            其它参数保持默认 @~=*W5  
    运行仿真 $a@T:zfe  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 K'6NW:zp~  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 xmM!SY>  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 9mmkFaBQ  
    m}-*B1  
    远场分析衍射 *XU2%"Sc  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” =%)Y, )"  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 S|jE1v"L  
    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 21T#NYfew  
    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) 2@Nt6r  
    图4.远场计算对话框
    $q|-9B  
    2iWS k6%R  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: h&| S*  
    Wavelength: 0.63 Yy 8? X9r.  
    Refractive index: 1.5+0i i-jrF6&  
    Angle Initial: -90.0 f,}(= u  
    Angle Final: 90.0 *2T"lpl  
    Number of Steps: 721 2FVO@D  
    Distance: 100, 000*wavelength Vr ^UEu.w?  
    Intensity /Kd9UQU  
    +QW| 8b  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 R/WbcQ)  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 3|0wD:Dy  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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