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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: wo9`-o6  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 *0x!C8*`Xe  
    •光栅布局模拟和后处理分析 2Ws'3Jz  
    布局layout rm4t  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 lw _@(E]E  
    图1.二维光栅布局
    <4P.B?-/t  
    RmJ|g<  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 't+'rG6x  
    ? kCo/sW  
    步骤: #6mr'e1  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 i4lB ]k  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 Au"BDP  
    Wafer Dimensions: 11RqP:zg  
    Length (mm): 8.5 85BB{ T;  
    Width (mm): 3.0 x\8gb#8  
    6W9lKD_i  
    2D wafer properties: ?f:ND1jU  
    Wafer refractive index: Air |y&vMx~t  
    3 点击 Profiles 与 Materials. <SiJA`(7  
    Sobp;OZ5  
    在“Materials”中加入以下材料 3j2d&*0  
    Name: N=1.5 SK 5__Ix  
    Refractive index (Re:): 1.5 r=#v@]z B  
     K0Lc~n/  
    Name: N=3.14 #g~]2x  
    Refractive index (Re:): 3.14 VVqpzDoXG  
    Y mm*p,`  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ,.AXQ#~&`  
    Name: ChannelPro_n=3.14 .&.L@CRH  
    2D profile definition, Material: n=3.14 74a k|(!  
    :=\`P  
    Name: ChannelPro_n=1.5 2]}e4@{  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ge#P(Itz  
    e}iv vs2  
    6.画出以下波导结构: 4%7Oaf>9  
    a. Linear waveguide 1 \zzPsnFIg  
    Label: linear1 g{JH5IZ~  
    Start Horizontal offset: 0.0 o(D6  
    Start vertical offset: -0.75 0aGAF ]  
    End Horizontal offset: 8.5 4KY@y?H g  
    End vertical offset: -0.75 Hk?E0.  
    Channel Thickness Tapering: Use Default A_+*b [P  
    Width: 1.5 g_)i)V  
    Depth: 0.0 syk,e4:oA  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 uzL|yxt  
    \wV ?QH  
    b. Linear waveguide 2 GK&R.R]  
    Label: linear2 lM.k *`$  
    Start Horizontal offset: 0.5 a> S -50  
    Start vertical offset: 0.05 Vk%W4P"l  
    End Horizontal offset: 1.0 +'a G{/J  
    End vertical offset: 0.05 5Zl7crA[  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 'grb@+w(  
    Width: 0.1 N@8tf@BT   
    Depth: 0.0 Tx(=4ALY  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 X [;n149o  
    cq9d;~q  
    7.加入水平平面波: @}{Fw;,(7n  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 5D>cbzP@  
    Input field Transverse: Rectangular 0$|wj^?U  
    X Position: 0.5 i8.OM*[f  
    Direction: Negative Direction Y{L|ja%9?  
    Label: InputPlane1 =6B I[_0  
    2D Transverse: <<6gsKP  
    Center Position: 4.5 e)oi3d.wJf  
    Half width: 5.0 2>im'x 5  
    Titlitng Angle: 45 ihIRB9  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Tx/KL%X  
    图2.波导结构(未设置周期)
    m^4Ojik  
     9 'IDbe{  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 jyC>~}?  
    将Linear2代码段修改如下: W |+&K0M  
    Dim Linear2 Q#Xa]A-  
    for m=1 to 8 uU1q?|4  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) kLbo |p"cT  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 <"`P;,S  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" N~B'gJJDx  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" v[>8<z8  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ; .hTfxE0  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" #M92=IH  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" [bd?$q i  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True O9Yk5b;  
    }:+P{  
    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。 #b{;)C fL  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    0vM,2:kf*  
    bc\?y2 3  
    设置仿真参数 ^7C,GaDsn  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 v9Ez0 :)  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: Yq:TW eZD  
    TE simulation 1JN/oq;  
    Mesh Delta X: 0.015 Cv qUaHW@  
    Mesh Delta Z: 0.015 7s1LK/R|u  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps e{d$OzT) V  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 iPrAB*  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 {1W,-%  
            其它参数保持默认 |R(rb-v  
    运行仿真 *1_A$14 l  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 7,3v,N|  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 R= *vPS  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 t8-LPq  
    9|//_4]  
    远场分析衍射 D]d2opBLj  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ; J8 25CE  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 /f -\ 3  
    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 U6oab9C?k  
    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) 6Q9S~YYq  
    图4.远场计算对话框
    j(\jYH>   
    i- r y5x  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: GK:pt8=  
    Wavelength: 0.63 kam \dn04  
    Refractive index: 1.5+0i oOK&+r7  
    Angle Initial: -90.0 _1P8rc"Dx  
    Angle Final: 90.0 PWs=0.Wj  
    Number of Steps: 721 u/L\e.4  
    Distance: 100, 000*wavelength GZ/vUe  
    Intensity h:'wtn@l(  
    ca8.8uHY\  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 TzK[:o  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 4gK_' b6"  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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