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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: {~VgXkjsC  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 aabnlOVw  
    •光栅布局模拟和后处理分析 AfyEFnY  
    布局layout >AJtoJ=j  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 'xhX\?mD  
    图1.二维光栅布局
    flnoK%wi  
    5s`NR<|2L  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 d.sxB}_O  
    Sky!ZN'I  
    步骤: S'lZ'H/  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Busxg?=  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ~#N^@a  
    Wafer Dimensions: LsoP >vJG  
    Length (mm): 8.5 EX=Q(}9F<  
    Width (mm): 3.0 )FYz*:f>&  
    !Hxx6/  
    2D wafer properties: yS %J$o&  
    Wafer refractive index: Air U8;k6WT|  
    3 点击 Profiles 与 Materials. Sm{idky)[  
    Bzw~OB{!=J  
    在“Materials”中加入以下材料 6l<q  
    Name: N=1.5 {O[a +r.n  
    Refractive index (Re:): 1.5 ,_D`0B6o  
    [YLaR r  
    Name: N=3.14 ,aU_bve  
    Refractive index (Re:): 3.14 3t)07(x_B  
    eE '\h  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ^/U-(4O05*  
    Name: ChannelPro_n=3.14 b[%sKl  
    2D profile definition, Material: n=3.14 @/g%l1$`  
    amK"Z<V F  
    Name: ChannelPro_n=1.5 /z.Y<xOc  
    2D profile definition, Material: n=1.5 KQ9~\No]  
    n>" 0y^v  
    6.画出以下波导结构: 1.6yi];6  
    a. Linear waveguide 1 IXDj;~GF  
    Label: linear1 nRzD[ 3I  
    Start Horizontal offset: 0.0 oYG9i=lZ  
    Start vertical offset: -0.75 kFg@|#0v9  
    End Horizontal offset: 8.5 N`h,2!(j  
    End vertical offset: -0.75 ZBUEg7c  
    Channel Thickness Tapering: Use Default  olB?"M=H  
    Width: 1.5 v[E*K@6f  
    Depth: 0.0 d,tGW  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 GWsvN&nr  
    kj{z;5-dl  
    b. Linear waveguide 2 $WED]X@X!  
    Label: linear2 Dp3&@M"^yY  
    Start Horizontal offset: 0.5 *<c, x8\s9  
    Start vertical offset: 0.05 #N.W8mq  
    End Horizontal offset: 1.0 D2z" Z@  
    End vertical offset: 0.05 gdPv,p19L  
    Channel Thickness Tapering: Use Default fkbHfBp[(A  
    Width: 0.1 ?Z 9C}t]  
    Depth: 0.0 c6.S jV  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 |`B*\\1  
    Up*1j:_O  
    7.加入水平平面波: @ qy n[C  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ,@!io  
    Input field Transverse: Rectangular !W4A 9Th  
    X Position: 0.5 R/Y9t8kk  
    Direction: Negative Direction 7}>Zq`]~  
    Label: InputPlane1 4 ;ybQ  
    2D Transverse: W5z<+8R  
    Center Position: 4.5  `S$zwot  
    Half width: 5.0 \]uD"Jqv#  
    Titlitng Angle: 45 K9O%SfshF  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 .$&mWytw=  
    图2.波导结构(未设置周期)
    zW.I7Z0^  
    DLggR3K_\  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 :59fb"^$  
    将Linear2代码段修改如下: je LRS8];  
    Dim Linear2 &\6Buw_  
    for m=1 to 8 }x!=F<Q!r  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) utOATjB.z  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Bp&7:snGt  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" G8AT] =  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" cBcfGNTJ~  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" iXLODuI  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" l Oxz&m  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ~C M%WvS  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True -7-r~zmr  
    "}ibH{$lM  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 v3\ |  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    u*}[fQ`aF  
    r:N =?X`N  
    设置仿真参数 8k[=$Ro  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 76 nrDE  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: n1!hfu7@s  
    TE simulation b^s978qn#  
    Mesh Delta X: 0.015 WX~: Y,l+u  
    Mesh Delta Z: 0.015 V Ioqn$  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps w1 ;:B%!H  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 -%f$$7  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 P'}WmE'B}F  
            其它参数保持默认 ''D\E6c\  
    运行仿真 lQ&"p+n  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 mv1g2f+  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 _L8|Z V./  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 SfTTB'9  
    2><=U7~  
    远场分析衍射 k]>1@t  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” I'h|7y\  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 TwfQq`  
    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 l7T@<V  
    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) 3g79pw2w=  
    图4.远场计算对话框
    /FJ.W<hw  
    6&9}M Oc  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 1 sJtkge:  
    Wavelength: 0.63 ~W/|RP7S  
    Refractive index: 1.5+0i OKo)p`BX  
    Angle Initial: -90.0 b?^CnMO  
    Angle Final: 90.0 [k~}Fe) x  
    Number of Steps: 721 2 .p?gRO  
    Distance: 100, 000*wavelength xVnk]:c  
    Intensity reP)&Fo  
    -tPia=^  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 L.ML0H-   
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ioW&0?,Ym  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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