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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: {Ho_U&<  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 rwwyYIlEg  
    •光栅布局模拟和后处理分析 {KTZSs $n  
    布局layout A;/,</  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 b4KNIP7E  
    图1.二维光栅布局
    CIwI1VR^  
    %ID48_>*  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 vsA/iH.  
    ZZxt90YR'5  
    步骤: =y?Aeqq\fl  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 0Iyb}  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ZLP0SCkuR  
    Wafer Dimensions: a(-t"OL\  
    Length (mm): 8.5 /^~)iTwH  
    Width (mm): 3.0 )h(=X&(d  
     - sq= |  
    2D wafer properties: ,*L3  
    Wafer refractive index: Air tC+1 1M  
    3 点击 Profiles 与 Materials. {Aj=Rj@  
    X"f]  
    在“Materials”中加入以下材料 r5lPO*?Df  
    Name: N=1.5 (LVzE_`  
    Refractive index (Re:): 1.5 X*)DpbWd  
    n? ^oQX}.\  
    Name: N=3.14 0eA |Uq~  
    Refractive index (Re:): 3.14 ZS&+<kGD  
    7}mr C@[i  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: D#>d+X$  
    Name: ChannelPro_n=3.14 (r.y   
    2D profile definition, Material: n=3.14 &$pQ Jf  
    77]Fp(uI  
    Name: ChannelPro_n=1.5 d<cQYI4V  
    2D profile definition, Material: n=1.5 RbA.&=3  
    dHn,;Vv^6  
    6.画出以下波导结构: M;.:YkrUH  
    a. Linear waveguide 1 JVx-4?  
    Label: linear1 );p:[=$71  
    Start Horizontal offset: 0.0 cGg ~+R2P  
    Start vertical offset: -0.75 +=kz".$  
    End Horizontal offset: 8.5 ZoqE,ucH  
    End vertical offset: -0.75 .g_Kab3?L  
    Channel Thickness Tapering: Use Default {I$zmVG  
    Width: 1.5 %:-2P  
    Depth: 0.0 B1U7z1<  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 &x[V<Gq  
    -0*z"a9<p8  
    b. Linear waveguide 2 S]c&T`jx  
    Label: linear2 jpiBHi]5+  
    Start Horizontal offset: 0.5 .Jc<Gg  
    Start vertical offset: 0.05 s<LYSrd  
    End Horizontal offset: 1.0 t8#u}u  
    End vertical offset: 0.05 ?[X^'zz}  
    Channel Thickness Tapering: Use Default AHP;N6Y6  
    Width: 0.1 H|d"45J_  
    Depth: 0.0 {9./-  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 |198A,^  
    b5%T)hn=  
    7.加入水平平面波: _/}/1/y$Y  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: R6irL!akAd  
    Input field Transverse: Rectangular @w;&:J9m  
    X Position: 0.5 3gs7Xj%N  
    Direction: Negative Direction mx0EEU*  
    Label: InputPlane1 c38ENf  
    2D Transverse: Vfr.Yoy  
    Center Position: 4.5 8SO(pw9  
    Half width: 5.0 tNDv[IF  
    Titlitng Angle: 45 ShU1RQk  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 `+T"^{ Z  
    图2.波导结构(未设置周期)
    -h&KC{Xab  
    |)YN"nqg  
    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。 Zx%6pZ(.  
    将Linear2代码段修改如下: lMb&F[KJ7  
    Dim Linear2 Z2I2 [pA  
    for m=1 to 8 ,D{D QJ(B  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) z7O$o/E-*  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 B d?{ldg  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" iq`caoi  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ys} I~MK-  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 6tBe,'*  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ~|8-Mo1ce  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" /G!M\teeF  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True "l-R|>6~  
    DYW&6+%,hO  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 7NQEnAl  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    1C<@QrT  
    q3/ 0xN+?  
    设置仿真参数 eIt<da<G?  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Amj'$G|+hj  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: c#`&uLp  
    TE simulation R2f^dt^  
    Mesh Delta X: 0.015 \~I>@SG2W+  
    Mesh Delta Z: 0.015 [ih^VlZ  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps X~ g9TUv8  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 R b=q #  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 9%^O-8!  
            其它参数保持默认 <,Pk  
    运行仿真 klx28/]  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 s7 3'h  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 }]|e0 w:  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 XWq@47FR  
    H[U"eS."  
    远场分析衍射 *w[0uQL5Z  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” o'|B|oZ  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 I@:"Qee  
    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 $9?<mP2-*  
    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^"!"&tW#  
    图4.远场计算对话框
    #7p!xf^  
    -s9()K(vZG  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Ex@o&j\93  
    Wavelength: 0.63 s-JS[  
    Refractive index: 1.5+0i |?4NlB6  
    Angle Initial: -90.0 L4or*C^3  
    Angle Final: 90.0 *b\&R%6dR  
    Number of Steps: 721 o8u;2gZx  
    Distance: 100, 000*wavelength o4nDjFhh  
    Intensity +PKd </*]  
    <j:@ iP  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 |Jny0a/0  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 (W+aeB0  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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