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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: 'NMO>[.  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 /\{emE\]  
    •光栅布局模拟和后处理分析 GT7&>}FJ)  
    布局layout VOJ/I Dl 4  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ~t<G gNI  
    图1.二维光栅布局
    %M3L<2  
    uBK0+FLL@  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 zpD?5  
    >0z`H|;  
    步骤: oJZxRm[g$t  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 G^sx/H76J  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 C*}PL  
    Wafer Dimensions: Uc,MZV4  
    Length (mm): 8.5 k;B[wEW@  
    Width (mm): 3.0 ;W T<]  
    C :An  
    2D wafer properties: y/E:6w  
    Wafer refractive index: Air h'HI92; [  
    3 点击 Profiles 与 Materials. hF{gN3v5  
    UZdGV?o ?  
    在“Materials”中加入以下材料 %AN,cE*  
    Name: N=1.5 {+m8^-T  
    Refractive index (Re:): 1.5 F$-fj "jC  
    q_6fr$-Qh  
    Name: N=3.14 ;mYZ@g%e  
    Refractive index (Re:): 3.14 H| _@9V  
    vV xw*\`<6  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: b}DC|?~M  
    Name: ChannelPro_n=3.14 -u(,*9]cJ*  
    2D profile definition, Material: n=3.14 DZ @B9<Zz{  
    m_;fj~m  
    Name: ChannelPro_n=1.5 0hhxTOp  
    2D profile definition, Material: n=1.5 -K lR":  
    {sf ,(.W  
    6.画出以下波导结构: -wrVEH8  
    a. Linear waveguide 1 5S8>y7knQ  
    Label: linear1 Ph%{h"  
    Start Horizontal offset: 0.0 wAw1K2d  
    Start vertical offset: -0.75 s1E 0atT  
    End Horizontal offset: 8.5 Yj'9|4%+|  
    End vertical offset: -0.75 c9G%;U)  
    Channel Thickness Tapering: Use Default {_-T!yb  
    Width: 1.5 O_qwD6s-_  
    Depth: 0.0 qTK(sW  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 /{:XYeX  
    2*<Zc|uNW  
    b. Linear waveguide 2 L}CU"  
    Label: linear2 8 R%<~fq r  
    Start Horizontal offset: 0.5 0TaI"/ai  
    Start vertical offset: 0.05 bf@g*~h@  
    End Horizontal offset: 1.0 {Ef.wlZ  
    End vertical offset: 0.05 uJCp  
    Channel Thickness Tapering: Use Default EcL6lNTR+  
    Width: 0.1 Lu {/"&)  
    Depth: 0.0 !(7m/R  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ^8EW/$k  
    g5y`XFY  
    7.加入水平平面波: pbEWnx_  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: :o' |%JE  
    Input field Transverse: Rectangular E a&NJ]& g  
    X Position: 0.5 6`7tTn?n  
    Direction: Negative Direction .CnZMw{'  
    Label: InputPlane1 Ovc9x\N  
    2D Transverse: 9DJ&J{2W  
    Center Position: 4.5 VsJ+-IHm  
    Half width: 5.0 xh bN=L  
    Titlitng Angle: 45 nhdZC@~E0  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 O-HS)g$2  
    图2.波导结构(未设置周期)
    faDS!E' +  
    J/jkb3  
    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。 qF4tjza;k  
    将Linear2代码段修改如下: (_|*&au J  
    Dim Linear2 C 2nmSXV  
    for m=1 to 8 FJDC^@Ne  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) pJvPEKN  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 r@}`Sw]@  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ij!d-eM/b  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" _\KFMe= PV  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ` @  YV  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" {daX?N|V  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" g kO^J{_@q  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 2zqaR[C  
    m_*wqNFA6  
    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。 `X5!s  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    _$96y]Bpi  
    ,IyQmN y  
    设置仿真参数 3!b $R?kZ  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 U!o7Nw@ z  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: x)*Lu">  
    TE simulation aSvv(iV  
    Mesh Delta X: 0.015 Nna.NU1  
    Mesh Delta Z: 0.015 0t? o6 e  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps *0xL(  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 q@~g.AMCB  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ]5jS6 @Vl*  
            其它参数保持默认 Q3ty K{JE  
    运行仿真 ?).;cG:<  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 q4[8\Ua  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 LAlwQ^v|  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 `=H*4I-"  
    ~jL%l  
    远场分析衍射 `jGeS[FhR  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” EW*sTI3  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 }yK7LooM  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 a*y9@RC}  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) ;.uYWP|9  
    图4.远场计算对话框
    It[51NMal  
    ?{qUn8f2  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 8In\Jo$|q>  
    Wavelength: 0.63 4HGT gS  
    Refractive index: 1.5+0i 7. <jdp  
    Angle Initial: -90.0 EL`|>/[J  
    Angle Final: 90.0 -*' ?D@l  
    Number of Steps: 721 6p4BsWPx  
    Distance: 100, 000*wavelength YSeH;<'  
    Intensity &^"Ru?MK  
    D_d>A+  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 QMBT8x/+_'  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Mwnr4$]  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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