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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: mQ[$U  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ].d2CJ'  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ;+Jx,{ )  
    布局layout hkMeUxS  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 6h:QSVfx  
    图1.二维光栅布局
    vW+6_41ZM  
    `|t,Uc|7!  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 P>/:dt'GJ}  
    1Bytu >2  
    步骤: 3?93Pj3oPt  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 $WA wMS,  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 R5HT EB  
    Wafer Dimensions: FYAEM!dyy  
    Length (mm): 8.5 (NJ{>@&  
    Width (mm): 3.0 Ot=>~(u0  
    *^?tr?e%I<  
    2D wafer properties: :5YIoC  
    Wafer refractive index: Air u0C:q`;z  
    3 点击 Profiles 与 Materials. >M<3!?fW)  
    >* -I Io  
    在“Materials”中加入以下材料 K@.5   
    Name: N=1.5 66=[6U9 *  
    Refractive index (Re:): 1.5 &;PxDlY5  
    LU3pCM{  
    Name: N=3.14 Q'<AV1<  
    Refractive index (Re:): 3.14 fNN l1Vls  
    wE .H:q4&  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: HE}0_x.  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Xaz "!  
    2D profile definition, Material: n=3.14 x'|ty[87  
    :H}iL*  
    Name: ChannelPro_n=1.5 0R?1|YnB  
    2D profile definition, Material: n=1.5 /~LE1^1&U  
    ?9 huuJ s7  
    6.画出以下波导结构: \/Y(m4<P  
    a. Linear waveguide 1 !HTOE@  
    Label: linear1 *byUqY3(  
    Start Horizontal offset: 0.0 W;u.@I&  
    Start vertical offset: -0.75 w2B)$u  
    End Horizontal offset: 8.5 k1Y\g'1  
    End vertical offset: -0.75 9< mMU:  
    Channel Thickness Tapering: Use Default l*ltS(?  
    Width: 1.5 _zj^k$ j  
    Depth: 0.0 N*gJu  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 !W}sOK7#  
    #*(}%!rD*  
    b. Linear waveguide 2 hFV,FBsAO  
    Label: linear2 m?S;s ew@5  
    Start Horizontal offset: 0.5 zs=3e~o3  
    Start vertical offset: 0.05 IMM;LC%rD9  
    End Horizontal offset: 1.0 XoN~d  
    End vertical offset: 0.05 <H-Nft>O  
    Channel Thickness Tapering: Use Default _S9)<RVI+  
    Width: 0.1 (cj9xROx  
    Depth: 0.0 CCTU-Xz/  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 1l-5H7^w2?  
    LL<xygd  
    7.加入水平平面波: }geb959  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 93*csO?Db  
    Input field Transverse: Rectangular c7mKE`  
    X Position: 0.5 !Fl'?Kz  
    Direction: Negative Direction 12`u[O}\}-  
    Label: InputPlane1 \%7*@&  
    2D Transverse: '!m6^*m|c  
    Center Position: 4.5 1T|f<ChIF<  
    Half width: 5.0 rbvk.:"^w  
    Titlitng Angle: 45 9E7G%-  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 9=>q0D2  
    图2.波导结构(未设置周期)
    =Jm[1Mgt  
    >)M{^  
    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。 (?e%w}  
    将Linear2代码段修改如下: 53t_#Yte  
    Dim Linear2 x^1udK^re  
    for m=1 to 8 s#?ZwD,=  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) >oW]3)$4S  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 {/QVs?d  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" r!R-3LO0s  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" }`qAb/Ov  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" oC5 h-4~  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" kcfT|@:MK"  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" \_Bj"K  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Gxw1P@<F:  
    c}(H*VY2n  
    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。 y[m,t}gi  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    C]!2   
    [ U:C62oK,  
    设置仿真参数 sF{~7IB  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 $INB_/R E  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: TUfj\d,  
    TE simulation A-!e$yz>  
    Mesh Delta X: 0.015 1_+ h"LE  
    Mesh Delta Z: 0.015 c_>Gl8J  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps M@ U >@x;  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 -Q20af-  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 0:V /z3?  
            其它参数保持默认 WE\TUENac(  
    运行仿真 ]$/oSa/  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 s!IIvF  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 {;{U@Z  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 G'JHimP2j  
    3L&:  
    远场分析衍射 :9hGL  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” <{#_;7h"  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 =+iY<~8  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 0=>$J WF  
    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) Ro<779.Gn\  
    图4.远场计算对话框
    j!4{+&Laq  
    S70#_{  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: O h@z<1eYZ  
    Wavelength: 0.63 JvO1tA]ij  
    Refractive index: 1.5+0i o898pg  
    Angle Initial: -90.0 v.]{b8RR  
    Angle Final: 90.0 |.@!CqJ  
    Number of Steps: 721 Zv@qdY<:  
    Distance: 100, 000*wavelength T 6D+@i  
    Intensity QATRrIj{e  
    5|rBb[  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 )^(gwE  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 $UzSPhv[  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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