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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: HKP\`KBC j  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 '#t"^E2$  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Z5Ao3O@  
    布局layout E?&dZR  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 GZQ)Tz R  
    图1.二维光栅布局
    wpY%"x#-+=  
    N##T1 Qm)  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 7&NRE"?G  
    z>k6T4(  
    步骤: k(\HAIW  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 oypq3V=5  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 <PW*vo9v  
    Wafer Dimensions: xN2M| E]  
    Length (mm): 8.5 Opmb   
    Width (mm): 3.0 F$ Us! NN  
    c@ En4[a'  
    2D wafer properties: Dc oTa-~  
    Wafer refractive index: Air i[d-n/)  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ix^:qw;  
    Mim 9C]h(  
    在“Materials”中加入以下材料 Du$kDCU  
    Name: N=1.5 gU>Y  
    Refractive index (Re:): 1.5 ]G&?e9OA  
    4_PMl6qo  
    Name: N=3.14 N&S :=x:$S  
    Refractive index (Re:): 3.14 /lttJJDU  
    D.qbzJz  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: S~YrXQ{_>-  
    Name: ChannelPro_n=3.14 xQ1&j,R]  
    2D profile definition, Material: n=3.14 RNoS7[&  
    -sO EL{  
    Name: ChannelPro_n=1.5 :@_CQc*yB  
    2D profile definition, Material: n=1.5 H|F>BjXn5  
    |\?-k  
    6.画出以下波导结构: S_c#{4n  
    a. Linear waveguide 1 +?MjY[8j  
    Label: linear1 }K"=sE  
    Start Horizontal offset: 0.0 K"Nq_Ddwd  
    Start vertical offset: -0.75 +qpD>5#  
    End Horizontal offset: 8.5 XpOsnvW  
    End vertical offset: -0.75 L4.yrA-]C%  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Js^ADUy  
    Width: 1.5 5[I> l  
    Depth: 0.0 t]eB3)FX  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 a<!g*UVL0M  
    /CKkT.Le  
    b. Linear waveguide 2 E'[pNU*"x-  
    Label: linear2 CN brXN  
    Start Horizontal offset: 0.5 ~DqNA%Mb  
    Start vertical offset: 0.05 X~GZI*P  
    End Horizontal offset: 1.0 yKZ~ ^  
    End vertical offset: 0.05 O|7q,bEm^  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ]N1$ioC#  
    Width: 0.1 x"AYt:ewuc  
    Depth: 0.0 0%F C;v0  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 $6fHY\i#R  
    ^_5$+  
    7.加入水平平面波: ^N Et{]x  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: w^R5/#F_r  
    Input field Transverse: Rectangular J9poqp@`MG  
    X Position: 0.5 J_rCo4}  
    Direction: Negative Direction 22tY%Y9  
    Label: InputPlane1 Duptles  
    2D Transverse: woR((K] #G  
    Center Position: 4.5 oH6(Lq'q  
    Half width: 5.0 (nBJ,v)  
    Titlitng Angle: 45 !S(jT?'w  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 &lI.N~Ao  
    图2.波导结构(未设置周期)
    B TcxBh  
    /^/'9}7  
    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。 8l!S<RA  
    将Linear2代码段修改如下: '|Q=J)  
    Dim Linear2 |C>Yd*E,C  
    for m=1 to 8 0pkU1t~9  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) cO(|>&tJ  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 qV iky=/-  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 9=3V}]^M  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" b;soMilz  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ]BAF  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" N SHlo*)}  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" S'E6#   
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True hC6$>tl  
    LgUaX  
    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。 +hXph  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    hCr7%`  
    [gv2fqpP  
    设置仿真参数 OkzfQ hC}  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 |:H[Y"$1;  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: |&RdOjw$u  
    TE simulation {Qw,L;R  
    Mesh Delta X: 0.015 (x.K%QC)  
    Mesh Delta Z: 0.015 FpW{=4yk  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps p(0!TCBs  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 9^ mrsj  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 A|y&\~<A  
            其它参数保持默认 >DbG$V<v'  
    运行仿真 \n<N>j@3  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 KY|Q#i|pM  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 OSkZW  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 &lGp /m:  
    ^lf;Lc  
    远场分析衍射 @9vz%1B<l  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” cp.)K!$  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 kv (N/G  
    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 _|6{(  
    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) j/^0q90QO  
    图4.远场计算对话框
    :1.$7W t  
    \f{C2d/6j  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: nH T2M{R  
    Wavelength: 0.63 m! p'nP  
    Refractive index: 1.5+0i O 6A:0yM4  
    Angle Initial: -90.0 W"wP%  
    Angle Final: 90.0  Xv:<sX  
    Number of Steps: 721 y!aq}YS  
    Distance: 100, 000*wavelength #~p1\['|M  
    Intensity 39m#  
    .` ,YUr$.  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 'iL['4~.  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 sKHUf1   
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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