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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: @GWlo\rM6^  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 o0_H(j?  
    •光栅布局模拟和后处理分析 tP89gN^PA|  
    布局layout i8!err._  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 tN;^{O-(V  
    图1.二维光栅布局
    ~g}blv0q+B  
    c27Zh=;Tj  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 t9r R>Y9  
    $+ORq3  
    步骤: Ch)E:Dvq6  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 2S//5@~_m  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 gNC'kCx0c  
    Wafer Dimensions: %3yrX>Js  
    Length (mm): 8.5 8:U0M'}u>  
    Width (mm): 3.0 LX}|%- iv  
    U45-R -  
    2D wafer properties: LhSXz>AX  
    Wafer refractive index: Air em2Tet  
    3 点击 Profiles 与 Materials. *i"Mu00b  
    t$PJ*F67M  
    在“Materials”中加入以下材料 ;?Q0mXr  
    Name: N=1.5 & j*Ylj}  
    Refractive index (Re:): 1.5 _6->D[dB  
    g&\;62lV%  
    Name: N=3.14 I5E5,{  
    Refractive index (Re:): 3.14 uT Y G/O  
    I7C+XUQkQ  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: |M EJ)LE7  
    Name: ChannelPro_n=3.14 9t7 e~&R  
    2D profile definition, Material: n=3.14 gX(8V*os^  
    ?4t~z 1.f  
    Name: ChannelPro_n=1.5 KVHK~Y-G  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ceLr;}?Ws  
    GS*_m4.Ry6  
    6.画出以下波导结构: ]''tuo2g8  
    a. Linear waveguide 1 lUiO|  
    Label: linear1 fO83 7  
    Start Horizontal offset: 0.0 )>]SJQ!k  
    Start vertical offset: -0.75 @"iNjqxh  
    End Horizontal offset: 8.5 {JM3drnw  
    End vertical offset: -0.75 a?)g>e HN  
    Channel Thickness Tapering: Use Default D"K! ELGW  
    Width: 1.5 JEfhr  
    Depth: 0.0 mo]>Um'F  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 xEB 4oQ5  
    #+^l3h MK  
    b. Linear waveguide 2 NM1TFs2Y*  
    Label: linear2 Lve$H(GHT  
    Start Horizontal offset: 0.5 [n +(  
    Start vertical offset: 0.05 Xm6M s<z6  
    End Horizontal offset: 1.0 Y'y$k  
    End vertical offset: 0.05 FWo`oJeN  
    Channel Thickness Tapering: Use Default -./ Y  
    Width: 0.1 /sVmQqVY  
    Depth: 0.0 0qBXL;sE  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 fVZ_*'v  
    r<*Y1;7H'  
    7.加入水平平面波: ?hW(5]p|  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: aX~' gq>  
    Input field Transverse: Rectangular TSsx^h8/  
    X Position: 0.5 5 d|+c<  
    Direction: Negative Direction )Y?E$=M +B  
    Label: InputPlane1 C |rl",&  
    2D Transverse: 7RgnL<t~:8  
    Center Position: 4.5 S1!_ IK$m  
    Half width: 5.0 *gI9CVfQl  
    Titlitng Angle: 45 FFH {#|_1  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 n4 Y ]v  
    图2.波导结构(未设置周期)
    lqKwjJ tX  
    ]o_E]5"jO  
    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。 B^hK  
    将Linear2代码段修改如下: U4Pk^[,p1G  
    Dim Linear2 [oH,FSuO!2  
    for m=1 to 8 6.4,Qae9E  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) +Jc-9Ko\c;  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 16I(S  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" b$FXRR\G  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" gwYTOs ^  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ,]?l(H $x'  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" @HXXhYH  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" t aOsC! Bp  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 3lNw*M|")  
    `RE1q)o}8M  
    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。 $Vm J[EF1  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Q1'D*F4  
    ..^,*  
    设置仿真参数 g? \pH:|79  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 M~!LjJg;  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: "?sLi  
    TE simulation R7By=Y!t  
    Mesh Delta X: 0.015  Ia)^  
    Mesh Delta Z: 0.015 ;:gx;'dm5  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps GG_A'eX:I  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 j8p'B-yS  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ZZ6F0FLXJ  
            其它参数保持默认 d>7bwG+k  
    运行仿真 AwL;-|X  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 __||cQ  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 4HDQj]z/  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 2!Ex55  
    iF]vIg#h  
    远场分析衍射 :hxZ2O?5_  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” x9CI>l  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 =;xlmndT,  
    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 ]H<C Rw  
    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) L9U<E $%#  
    图4.远场计算对话框
    )uyh  
    Wkv **X}  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: I!Za2?  
    Wavelength: 0.63 IN]bAd8"  
    Refractive index: 1.5+0i )O%lh 8fI  
    Angle Initial: -90.0 |wj/lX7y  
    Angle Final: 90.0 ]R{=|  
    Number of Steps: 721 cWM|COXL+  
    Distance: 100, 000*wavelength K+mtuB]yr  
    Intensity wh:`4Yw  
    }Mo9r4}  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 j|(bDa4\  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 _>:g&pS/  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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