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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: -}@C9Ja[?  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 kYS#P(1  
    •光栅布局模拟和后处理分析 }*XF- U  
    布局layout tLJ 7tnB  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 FBNi (D  
    图1.二维光栅布局
    CMC p7- v  
    CV |Ae [  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 i.9}bw 9u@  
    Gad&3M0r  
    步骤: ~RLjL"  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 KUW )F  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 f$ /C.E  
    Wafer Dimensions: $I`,nN  
    Length (mm): 8.5 v*excl~  
    Width (mm): 3.0 {(-TWh7V  
    uYTyR;a  
    2D wafer properties: Y+S<?8pA  
    Wafer refractive index: Air bIt{kzuQC  
    3 点击 Profiles 与 Materials. :qXREF@h  
    tklS=R^Vn  
    在“Materials”中加入以下材料 0lt1/PEKx2  
    Name: N=1.5 =[4C[s  
    Refractive index (Re:): 1.5 / pe.?Zd  
    !/2kJOSp  
    Name: N=3.14 [HXd|,~_j-  
    Refractive index (Re:): 3.14 TbMlYf]It  
    R "W=V  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Pd:tRY+t/  
    Name: ChannelPro_n=3.14 s/?(G L+Ae  
    2D profile definition, Material: n=3.14 I-s$U T[p  
    Mn\L55?E(  
    Name: ChannelPro_n=1.5 <c`,fd8  
    2D profile definition, Material: n=1.5  ">|L<  
    ),;h  
    6.画出以下波导结构: =w7k@[Bq  
    a. Linear waveguide 1 .Xta;Py|J  
    Label: linear1 @)ozgs@e  
    Start Horizontal offset: 0.0 "gpfD-BX  
    Start vertical offset: -0.75 w4y ???90)  
    End Horizontal offset: 8.5 Z _<Wr7D  
    End vertical offset: -0.75 GB >h8yXH  
    Channel Thickness Tapering: Use Default j~2t^Qz  
    Width: 1.5 a;7gy419<p  
    Depth: 0.0 =Oh/4TbW[  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 KG5B6Om5'  
    YcaLc_pUx  
    b. Linear waveguide 2 :fG9p`  
    Label: linear2 !Je!;mEvI  
    Start Horizontal offset: 0.5 kD+B8TrW  
    Start vertical offset: 0.05 NLWj5K)1P  
    End Horizontal offset: 1.0 b#e|#!Je  
    End vertical offset: 0.05 Y%rC\Ij/i  
    Channel Thickness Tapering: Use Default >*w(YB]/$V  
    Width: 0.1 Rm.9`<Y  
    Depth: 0.0 Qa16x<Xlm  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 vP<8 ,XG  
    h1_KZ[X  
    7.加入水平平面波: eR1]<Z$W\  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: @n=FSn6 c  
    Input field Transverse: Rectangular /Bnh%6#ab  
    X Position: 0.5 fl9J  
    Direction: Negative Direction 1K$8F ~%Z  
    Label: InputPlane1 p)Q='  
    2D Transverse: [\i1I`7pE  
    Center Position: 4.5 z2V_nkI  
    Half width: 5.0 zQ eXN7$  
    Titlitng Angle: 45 o@\q6xl.  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 \h/aD1 &g  
    图2.波导结构(未设置周期)
    8>^O]5Wo`X  
    $VE=sS.  
    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。 'v3> "b  
    将Linear2代码段修改如下: /?8rj3  
    Dim Linear2 ~_L_un.R  
    for m=1 to 8 ;lb@o,R :  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ?< $DQ%bf  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 zw X 1&rN  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" *$ 7c||J7  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0"  #`2*V  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" [318Q%W&  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ~4tu*\P  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ;i&'va$  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True V-iY2YiR  
    C}GOwvAL>  
    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。 *FUbKr0  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    X6@G)68  
     bR5+({yH  
    设置仿真参数 wg,w;Gle  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 G_x<2E"d  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: V`"A|Y  
    TE simulation S-6 %mYf  
    Mesh Delta X: 0.015 oW/ #/;|`  
    Mesh Delta Z: 0.015 rfMzHY}%  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps gg%OOvaj5  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 MkG*6A  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 P\CT|K'P  
            其它参数保持默认 S2fBZ=V8  
    运行仿真 #}!Ge  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 oos7x6  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 RI_3X5.KQ  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 3v%V\kO=F  
    V"@]PI pr  
    远场分析衍射 wg=ge]E5  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” }A%Sx!7~  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 jsG epi9  
    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 {aWTT&-N  
    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) @nS+!t{  
    图4.远场计算对话框
    w+~s}ta2^  
    x;Jy-hMNl  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: J_A5,K*r|  
    Wavelength: 0.63 0Y9\,y_  
    Refractive index: 1.5+0i /K9Tn  
    Angle Initial: -90.0 0)'^vJe  
    Angle Final: 90.0 <x),HTJ  
    Number of Steps: 721 +mN]VO*y  
    Distance: 100, 000*wavelength 0ZXG{Gp9S  
    Intensity $>;U^-#3  
    /t083  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 1/YWDxo,  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 @4D$Xl  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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