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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: >=+: lD  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 K}j["p<!  
    •光栅布局模拟和后处理分析 &h<\jqN/  
    布局layout i] I{7k  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 }gR!]Cs)^  
    图1.二维光栅布局
    *&nIxb60b{  
    Z&![W@m@0N  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 =Sp+$:q*  
    9m+ejTK{U  
    步骤: `$oy4lDKQ  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 q4y sTm  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数  n)t'?7  
    Wafer Dimensions: o0}kRL  
    Length (mm): 8.5 GnFm*L  
    Width (mm): 3.0 V7}]39m(s  
    LuE0Hb"S8  
    2D wafer properties: E3"j7y[S  
    Wafer refractive index: Air /a7N:Z_Bz  
    3 点击 Profiles 与 Materials. &rbkw<=j  
    \'9(zbvz9  
    在“Materials”中加入以下材料 vBLs88  
    Name: N=1.5 4Wk`P]?^  
    Refractive index (Re:): 1.5 ]*]#I?&'Hx  
    ~LF1$Cai  
    Name: N=3.14 N eC]MW  
    Refractive index (Re:): 3.14 8c3/n   
    -SlAt$IJ  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: X@pcL{T!  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ?[#4WH-G  
    2D profile definition, Material: n=3.14 4L_AhX7  
    k@ So l6  
    Name: ChannelPro_n=1.5 uGU-MC *  
    2D profile definition, Material: n=1.5 #\ l#f8(l  
    dh-?_|"  
    6.画出以下波导结构: yW]>v>l:Eg  
    a. Linear waveguide 1 8O| w(z  
    Label: linear1 W!R7D%nX  
    Start Horizontal offset: 0.0 cof+iI~9O%  
    Start vertical offset: -0.75 E|"QYsi.Ck  
    End Horizontal offset: 8.5 -_^#7]  
    End vertical offset: -0.75 49tJ+J-N  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ZYLPk<<  
    Width: 1.5 o\N^Uu  
    Depth: 0.0 sUk&NM%>  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 Pah*,  
    :qvA'.L/;z  
    b. Linear waveguide 2 95.s,'0  
    Label: linear2 k[a5D/b  
    Start Horizontal offset: 0.5 ?`3G5at)9f  
    Start vertical offset: 0.05 Z \S'HNU  
    End Horizontal offset: 1.0 x }.&?m  
    End vertical offset: 0.05 *]>~lO1  
    Channel Thickness Tapering: Use Default (gEz<}Av.  
    Width: 0.1 },%, v2}  
    Depth: 0.0 Ij?Qs{V  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 1B`JvNtd  
    \F9HsR6  
    7.加入水平平面波: ;%mdSaf  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: jL*s(Yq  
    Input field Transverse: Rectangular H8A=]Gq  
    X Position: 0.5 M!Ywjvw*)3  
    Direction: Negative Direction }_fVv{D   
    Label: InputPlane1 FPkig`(3  
    2D Transverse: :Tdl84   
    Center Position: 4.5 +:3p*x%1H  
    Half width: 5.0 SN5Z@kK  
    Titlitng Angle: 45 JpZ3T~Wrf  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 g+QNIM>  
    图2.波导结构(未设置周期)
    :MILOwF  
    K_}81|=  
    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。 iUk#0 I  
    将Linear2代码段修改如下: :auq#$B  
    Dim Linear2 Q5c13g2(c  
    for m=1 to 8 ?MD\\gN  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) h{CMPJjD  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 vFK!LeF%  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ;5:3 =F>ao  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" y<^hM6S?Z  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" jTN!\RH9NF  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" r?R!/`f  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" xz){RkVzP  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True r1zuc:W 1  
    fvM|Jb  
    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。 G\Q0{4w8  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    0c]3 ,#  
    ee*E:Ltz\  
    设置仿真参数 `_E@cZ4  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 $`txU5#vs  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: x<>In"QV  
    TE simulation (@cZmU,  
    Mesh Delta X: 0.015 84y#L[  
    Mesh Delta Z: 0.015 K~ VUD(  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps =~ ="#  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 qdwjg8fo4Z  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 L7B(abT9e  
            其它参数保持默认 PHqIfH [  
    运行仿真 JDm7iJxc_  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ' 4 Kf  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 xmwH~UWp  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 htHnQ4Q  
    pd oCV  
    远场分析衍射 8EAkM*D w  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ym6gj#2m  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 H:`[$ ^  
    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 (Q6}N'T  
    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) 6Ej@;]^^-  
    图4.远场计算对话框
    XkuZ2(  
    WHv xBd  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: S1W(]%0/  
    Wavelength: 0.63 k?ksv+e\  
    Refractive index: 1.5+0i &g5+ |g (  
    Angle Initial: -90.0 ~ H $q  
    Angle Final: 90.0 ]z 5gC`E0  
    Number of Steps: 721 {9YNv<3  
    Distance: 100, 000*wavelength 4&^BcWqA*f  
    Intensity Wj#Gm  
    uNG?`>4>  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 9`v[Jm% $m  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ^n8r mh_%  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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