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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: I_A@BnM{I  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 _1U1(^)  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Offu9`DiZ  
    布局layout 1&e} ms  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 qu|B4?Y/CR  
    图1.二维光栅布局
    9;veuX#(  
    R9B&dvG  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 {l |E:>Q2  
    23h% < ,  
    步骤: ",!1m7[wF  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Ek6MYc8<b~  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 9~l hsH  
    Wafer Dimensions: u;`U*@  
    Length (mm): 8.5 X,LD   
    Width (mm): 3.0 {#{DH?=^)u  
    -=(!g&0  
    2D wafer properties: Kw#i),M  
    Wafer refractive index: Air {RF-sqce  
    3 点击 Profiles 与 Materials. z@wMc EH  
    VZ\B<i  
    在“Materials”中加入以下材料 $jg*pmR-  
    Name: N=1.5 f"St&q>[s  
    Refractive index (Re:): 1.5 FXs*vg`  
    SCz(5[MZJ  
    Name: N=3.14 ca>Z7qT!  
    Refractive index (Re:): 3.14 &\Amn?Iq  
    z(H^..<!5  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 3mOtW%Hl  
    Name: ChannelPro_n=3.14 G>q(iF'  
    2D profile definition, Material: n=3.14 {6}eN|4~#  
    ?yj6CL(,  
    Name: ChannelPro_n=1.5 P><o,s"v  
    2D profile definition, Material: n=1.5 PTEHP   
    kS!viJwtT  
    6.画出以下波导结构: L@gWzC~?Q  
    a. Linear waveguide 1 ##4GK08!  
    Label: linear1 0$-xw  
    Start Horizontal offset: 0.0 W>O~-2  
    Start vertical offset: -0.75 ,13Lq-  
    End Horizontal offset: 8.5 N"3b{Qi o  
    End vertical offset: -0.75 >Bgw}PI  
    Channel Thickness Tapering: Use Default J2^'Xj_V  
    Width: 1.5 3}/&w\$  
    Depth: 0.0 tQylT0'[+o  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 0D&t!$Ibf  
    ~}+Hgi  
    b. Linear waveguide 2 Dre]AsgiV  
    Label: linear2 ]GRWnif  
    Start Horizontal offset: 0.5 Y_QH&GZ  
    Start vertical offset: 0.05 ? 8LXP  
    End Horizontal offset: 1.0 ma((2My'H  
    End vertical offset: 0.05 tuhA 9}E  
    Channel Thickness Tapering: Use Default GxKqD;;u?=  
    Width: 0.1 FD8N"p  
    Depth: 0.0 -k"^o!p  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 (e[}/hf6  
    D`VM6/iQR  
    7.加入水平平面波: VL*ovD%-  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: |P%DkM*X  
    Input field Transverse: Rectangular Mv6 -|O  
    X Position: 0.5 TEaJG9RU>v  
    Direction: Negative Direction IzpZwx^3''  
    Label: InputPlane1 1Tm^  
    2D Transverse: Lg+G; W  
    Center Position: 4.5 <NuUW9+  
    Half width: 5.0 oDU ;E  
    Titlitng Angle: 45 B}&xaY  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 u6bXv(  
    图2.波导结构(未设置周期)
    l@ap]R  
    nTz6LVF  
    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。 <Ce2r"U1e  
    将Linear2代码段修改如下: 7IjQi=#:  
    Dim Linear2 r9ww.PpNk#  
    for m=1 to 8 q2et|QCru  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) th&[Nt7  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 :M6+p'`j  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" n8D xB@DI  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" $.[#0lCI  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" =%> oR  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 3dRr/Ilc  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" =F;.l@:  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True f`&dQ,;  
    d:i;z9b@to  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 <E0UK^-}  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    4X *>H  
    Z"uY}P3  
    设置仿真参数 MC { 2X  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 j7)Ao*WN  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: [Ts"OPb% ~  
    TE simulation qvv2O1c"A  
    Mesh Delta X: 0.015 T N!=@Gy  
    Mesh Delta Z: 0.015 +fnK /%b  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps tT79 p.z B  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 izx#3u$P  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 \l@,B +)  
            其它参数保持默认 %3$*K\Ai  
    运行仿真 ]7/ b/J  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Bdu&V*0g  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 //4Xq8y  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 u3o#{~E/#  
    FSRj4e1y1  
    远场分析衍射 eEn;!RS)  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 5=1^T@~#&  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 'gt-s547  
    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 bcZf>:gVf  
    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) /-i !;!  
    图4.远场计算对话框
    kWrp1`  
    7H|$4;X^  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: s\P2Bp_{  
    Wavelength: 0.63 v%RP0%%{s  
    Refractive index: 1.5+0i zdp/|"D!  
    Angle Initial: -90.0 HWVtop/  
    Angle Final: 90.0 l3IWoa&sh  
    Number of Steps: 721 Zt3)]sB  
    Distance: 100, 000*wavelength nO)X!dp}J  
    Intensity EMc;^ d  
    mSo_} je(  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 t&(PN%icD  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Tr#V*.x  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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