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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: d_`Ze.^   
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 @dXf_2Tv=  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ':,LZ A8A  
    布局layout wFvilF V  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 '>6-ie^0  
    图1.二维光栅布局
    K5KN}sRs"  
    UY+~xzm  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 p.%$  
    OjCT%6hy;  
    步骤: ?Cws25G  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 U +]ab  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 H(AYtnvB  
    Wafer Dimensions: UYPBKf]A9  
    Length (mm): 8.5 QV't+)uUVo  
    Width (mm): 3.0 JUE>g8\b  
    *~vRbD$q  
    2D wafer properties: !y),| #7P  
    Wafer refractive index: Air HwcGbbX)  
    3 点击 Profiles 与 Materials. zx!1jS  
    @6gz)  p  
    在“Materials”中加入以下材料 n Au>i<  
    Name: N=1.5 e nNn*.*|  
    Refractive index (Re:): 1.5 c.~|)^OXXO  
    nuQ"\ G  
    Name: N=3.14 8(A:XQN"h  
    Refractive index (Re:): 3.14 V_~wWuZ-  
    1#@'U90xf  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: M}c_KFMV  
    Name: ChannelPro_n=3.14 yG_#>3sD+%  
    2D profile definition, Material: n=3.14 |QY+vO7fxj  
    $^l=#tV  
    Name: ChannelPro_n=1.5 -P?} qy^j(  
    2D profile definition, Material: n=1.5 bw4b'9cK  
    JWBWa-  
    6.画出以下波导结构: j]P|iL  
    a. Linear waveguide 1 G'("-9  
    Label: linear1 F 6Ol5  
    Start Horizontal offset: 0.0 & #|vGhA  
    Start vertical offset: -0.75 vr;7p[~  
    End Horizontal offset: 8.5 -LY_7Kg  
    End vertical offset: -0.75 #Y:/^Q$_qS  
    Channel Thickness Tapering: Use Default MG<~{Y84}  
    Width: 1.5 M|Se| *w  
    Depth: 0.0 gK>Vm9rO  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 :Cuae?O,  
    YK-R|z6K  
    b. Linear waveguide 2 qdm!]w.G5  
    Label: linear2 c:iMbJOn#  
    Start Horizontal offset: 0.5 #B?7{#.1  
    Start vertical offset: 0.05 crT[;w  
    End Horizontal offset: 1.0 vxgm0ZOMN  
    End vertical offset: 0.05 `+gF|o9  
    Channel Thickness Tapering: Use Default @@$ _TaI  
    Width: 0.1 md_Ld /  
    Depth: 0.0 F7hQNQu:  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 )CB?gW  
    {kzM*!g  
    7.加入水平平面波: &>/nYvuq-  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: !F8 !]"*  
    Input field Transverse: Rectangular lN&GfPP6  
    X Position: 0.5 ^?A+`1-  
    Direction: Negative Direction 94R+S-|P  
    Label: InputPlane1 l>]M^=,&7  
    2D Transverse: J0oR]eT}  
    Center Position: 4.5 [ M'1aBx^  
    Half width: 5.0 N.<hZ\].=  
    Titlitng Angle: 45 :JS} (  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 (y36NH+  
    图2.波导结构(未设置周期)
    Xnh1pwDhe<  
    v:>P;\]r9M  
    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。 ooAZ,l=8  
    将Linear2代码段修改如下: KV6S-  
    Dim Linear2 NX; &V7  
    for m=1 to 8 Mc8^{br61  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) MnQ_]c C  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 1Y`MJ \9  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Z/x1?{z  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" HI?>]zz|  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" /?GBp[(0  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" B8&@Qc@~  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" $X?V_K;9/  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True -bE|FFU  
    zk]~cG5dT/  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 Hke\W'&  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    26**tB<  
    L_~G`Rb3  
    设置仿真参数 c ~ SI"  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 {)y4Qp  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 5Zov< +kE  
    TE simulation "f3>20}  
    Mesh Delta X: 0.015 c1^3lgPv  
    Mesh Delta Z: 0.015 u"%fz8v  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps m "DMa  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 #&Ee5xM=  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 j{=%~  
            其它参数保持默认 *}J_STM  
    运行仿真 ke0W?  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 [>0r'-kI  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 5"Yw$DB9  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 H,}?YW  
    F)@<ZE  
    远场分析衍射 V*aTDU%-.  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 3XRG"  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 $enh45Wy  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 UXP;'  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) lySaJ d  
    图4.远场计算对话框
    .phQ7":`  
    iH>djGhTh  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ($s{em4L  
    Wavelength: 0.63 2Kidbf  
    Refractive index: 1.5+0i Oc.>$  
    Angle Initial: -90.0 =N c`hP  
    Angle Final: 90.0 55,-1tWs  
    Number of Steps: 721 0 Yp;?p^  
    Distance: 100, 000*wavelength 5*AKl< Jl  
    Intensity <G >PPf}  
    *v+ fkg  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 }>w4!  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 \K6J{;#L  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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