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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: D'+kzb@  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 kculHIa\.  
    •光栅布局模拟和后处理分析 g4*]R>f  
    布局layout B^uQv|m  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 bi[gyl#  
    图1.二维光栅布局
    Y$?<y   
    9l :Bum)9  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 l %{$CmG\  
    ,~- dZs  
    步骤: efF>kcIC  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ?yt"  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 D +vHl}  
    Wafer Dimensions: I8 {2cM;  
    Length (mm): 8.5 38T2IN  
    Width (mm): 3.0 K"r'w8  P  
    n/5)}( }K  
    2D wafer properties: !jxz2Q  
    Wafer refractive index: Air Jm8#M z  
    3 点击 Profiles 与 Materials. G.a^nQ@e%  
    )/F1,&/N`e  
    在“Materials”中加入以下材料 &Rx-zp&dJ  
    Name: N=1.5 sX,oJIt  
    Refractive index (Re:): 1.5 bqAv)2  
    Vee`q.  
    Name: N=3.14 4#m"t?6!  
    Refractive index (Re:): 3.14 jz2W/EE`w  
    %vO b"K$X  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Dh|8$(Jt  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ApYri|^r  
    2D profile definition, Material: n=3.14 :n&n"`D~  
    n1xN:A  
    Name: ChannelPro_n=1.5 L{\au5-4  
    2D profile definition, Material: n=1.5 @^$Xy<x  
    *a7&v3X  
    6.画出以下波导结构: S 5Q$dAL  
    a. Linear waveguide 1 tc@([XqH  
    Label: linear1 T.zU erbO  
    Start Horizontal offset: 0.0 ` AA[k  
    Start vertical offset: -0.75 9ci=]C5o3K  
    End Horizontal offset: 8.5 T&=1IoOg  
    End vertical offset: -0.75 1e>,QX  
    Channel Thickness Tapering: Use Default FXPw 5  
    Width: 1.5 F$FCfP7  
    Depth: 0.0 Z`5v6"Na  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 i# 1:DiF  
    E,nC}f  
    b. Linear waveguide 2 ]kuMzTH  
    Label: linear2 F~dq7 AS  
    Start Horizontal offset: 0.5 nJ`JF5tI  
    Start vertical offset: 0.05 sSC yjS'T  
    End Horizontal offset: 1.0 2rq)U+   
    End vertical offset: 0.05 t/K<fy 6  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Kd _tjWS  
    Width: 0.1 Brh<6Btl  
    Depth: 0.0 f#a ~av9rC  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 dD3I.?DY  
    XTD _q  
    7.加入水平平面波: 3 n/U4fn_  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: XU Hu=2F  
    Input field Transverse: Rectangular D84`#Xbi  
    X Position: 0.5 88 *K  
    Direction: Negative Direction N&!qu r \  
    Label: InputPlane1 YB h :  
    2D Transverse: }MDuQP]  
    Center Position: 4.5 n)w@\ Uy c  
    Half width: 5.0 h*f=  
    Titlitng Angle: 45 /s>ZT8vaAs  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 qTnfiYG}  
    图2.波导结构(未设置周期)
    vIrLG1EK  
    1\q2;5  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。  ] }XK  
    将Linear2代码段修改如下: ;SF0}51  
    Dim Linear2 Cyxt EzPp  
    for m=1 to 8 O&=?,zLO[  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 'g8~539{&  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 W;coi4   
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" UB]} j^  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" xNTO59Y-s  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ysfR@ sH7  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ]BU,*YaB  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" tnz BNW8  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ul+ +h4N  
    Z'PE^ ,  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 %b2.JGBqJ  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    >De\2gbJ  
    lcij}-z:%e  
    设置仿真参数 12aAO|]/~  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 :cop0;X:Wm  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: MN|y5w}$u  
    TE simulation g6$X {  
    Mesh Delta X: 0.015 qtTys gv  
    Mesh Delta Z: 0.015 | QJ!5nb  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 8w~I(2S:#  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 =*qu:f\y  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 6#O n .Q  
            其它参数保持默认 vbmSbZ"y  
    运行仿真 X&h4A4#P  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 _d&zHlc_  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Gd`qZqx#  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 A5tY4?|  
    Deq~"  
    远场分析衍射 kssS,Ogf\_  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” gk~.u  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 vV-ATIf ^  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 &F[/@  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) Y4}!9x  
    图4.远场计算对话框
    )h,+>U@  
    @#1k+tSA,  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Rk56H  
    Wavelength: 0.63 cu]2`DF  
    Refractive index: 1.5+0i Q <EFd   
    Angle Initial: -90.0 8HdmG{7.  
    Angle Final: 90.0 Ck2O?Ne  
    Number of Steps: 721 fQlR;4QX]  
    Distance: 100, 000*wavelength xA#B1qbw  
    Intensity BV$lMLD{r  
    m>$+sMZE  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 KP[ax2!x  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ~qLbyzHaB  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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