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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: 3y 3 U`Mo  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 (%+DE4?  
    •光栅布局模拟和后处理分析 N{p2@_fnB  
    布局layout p-KuCobz]  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ~Nc] `95  
    图1.二维光栅布局
    oHi&Z$#!n  
    `8'T*KU  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 5K6_#g4"  
    ^ACp_RM  
    步骤: BTd'bD~EA  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 V">Uh@[J_  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 (c[h,>`@:  
    Wafer Dimensions: Qn*c<:  
    Length (mm): 8.5 w@%W{aUC  
    Width (mm): 3.0 J$WIF&*0@  
    acGmRP9g  
    2D wafer properties: 0U/:Tpyr  
    Wafer refractive index: Air %] #; ~I%  
    3 点击 Profiles 与 Materials. -ZyFUGd%  
    dNJK[1e6  
    在“Materials”中加入以下材料 p6HZ2Q:a  
    Name: N=1.5 VJR'B={h  
    Refractive index (Re:): 1.5 hCxL4LrF  
    y6PAXvv'{  
    Name: N=3.14 1  yzxA(  
    Refractive index (Re:): 3.14 C,I N+@  
    H`Z4a N  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: s~]nsqLt9p  
    Name: ChannelPro_n=3.14 lP9I\Ge&  
    2D profile definition, Material: n=3.14 R<U?)8g,h~  
    'Yd%Tb|*  
    Name: ChannelPro_n=1.5 <hK$Cf_  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ~AE034_N  
    /e7'5#v  
    6.画出以下波导结构: !<YRocQY  
    a. Linear waveguide 1 \W( p)M  
    Label: linear1 PZ ogN  
    Start Horizontal offset: 0.0 mJsYY,b8  
    Start vertical offset: -0.75 6=@n b3D%  
    End Horizontal offset: 8.5 y1 }d(%  
    End vertical offset: -0.75 pz$$K?  
    Channel Thickness Tapering: Use Default s?6 7@\  
    Width: 1.5 VmUM _Q~  
    Depth: 0.0 @Op8^8$`  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ,jt098W  
    !}3`Pl.(r  
    b. Linear waveguide 2 ./fEx 'E  
    Label: linear2 O?2<rbx  
    Start Horizontal offset: 0.5 ]Z84w!z  
    Start vertical offset: 0.05 v =?V{"wk!  
    End Horizontal offset: 1.0 c\]L  
    End vertical offset: 0.05 vfbe=)}[  
    Channel Thickness Tapering: Use Default W8P**ze4)  
    Width: 0.1 G/8xS=  
    Depth: 0.0 .y0]( h  
    Profile: ChannelPro_n=3.14  R_N<j  
    52["+1g\  
    7.加入水平平面波: I+CQ,Zuf  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: G^(&B30V  
    Input field Transverse: Rectangular M|v.5l#   
    X Position: 0.5 kCwTv:)  
    Direction: Negative Direction jo|q,t  
    Label: InputPlane1 eB\r/B]  
    2D Transverse: NSgHO`gU8  
    Center Position: 4.5 j0%0yb{-^  
    Half width: 5.0 RYV6hp)|  
    Titlitng Angle: 45 eFnsf}(Iy  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 L|2COX  
    图2.波导结构(未设置周期)
    5"gRz9Ta`  
    2 Lam vf  
    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。 3'"M31iA  
    将Linear2代码段修改如下: -+9x 0-P  
    Dim Linear2 uv-W/p  
    for m=1 to 8 4y1> !~f  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) vl5n%m H>^  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 cV{ZD q  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" {''|iwLr  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 9V66~Bf5  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" fD~!t 8J  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" *QG3Jz  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" PD}R7[".>  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Gtg)%`  
    '<0q"juXE  
    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。 {\aSEE /'  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    !1RV[b.8  
    X]yERaJ,i  
    设置仿真参数  (v`;ym  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Z8&C-yCC  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: V{h@nhq  
    TE simulation bNROXiX  
    Mesh Delta X: 0.015 f)zg&Ib  
    Mesh Delta Z: 0.015 ya{>=  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps }R1`ThTM  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 YSV,q@I&1  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 2*citB{  
            其它参数保持默认 =GQ^uVf1  
    运行仿真 |\a:]SlH  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真  4 Z}bw#  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 >-w=7,?'?z  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 RGO:p]t|  
    U  R@BSK'  
    远场分析衍射 M?B(<j1Ri  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” mbBRuPEa=u  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 >'6GcnEb4.  
    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 m I zBK]@^  
    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) * |HZ&}  
    图4.远场计算对话框
    eh(Q^E;*  
    Z) Xs;7  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Ys$YI{  
    Wavelength: 0.63 4VNb`!e  
    Refractive index: 1.5+0i C|f7L>qe  
    Angle Initial: -90.0 H\I!J@6g  
    Angle Final: 90.0 @E}X-r.^f  
    Number of Steps: 721 `XxG"k\/S  
    Distance: 100, 000*wavelength $a^isd4  
    Intensity Tj=dL  
    >Mn>P!  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 -(w~LT$ "  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 d_C4B  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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