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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: 4arqlz lo  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 jVdRy{MH  
    •光栅布局模拟和后处理分析 `514HgR  
    布局layout :n0czO6 E  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 _-6IB>  
    图1.二维光栅布局
    VV'*3/I  
    _@] uHp|  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 )Up'W  
    hAi`2GP.  
    步骤: k\/idd[  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 CT2L }5L&  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 P&$ m2^K  
    Wafer Dimensions: i!KZg74V  
    Length (mm): 8.5 Fi3k  
    Width (mm): 3.0 ,'}qLor  
    p3`odmbN  
    2D wafer properties: xPp\OuwK  
    Wafer refractive index: Air ~[*\YN);  
    3 点击 Profiles 与 Materials. gR#lRA/  
    Bk44 wz2 X  
    在“Materials”中加入以下材料 .ey=gI!x0  
    Name: N=1.5 5`t MHgQO  
    Refractive index (Re:): 1.5 1&2X*$]y  
    P-Up v6J3  
    Name: N=3.14 u6#FG9W7  
    Refractive index (Re:): 3.14 L kK# =v  
    2N /4.  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: n`TXm g  
    Name: ChannelPro_n=3.14 )1PjI9M  
    2D profile definition, Material: n=3.14 =k0qj_  
    Xg^9k00C  
    Name: ChannelPro_n=1.5 #]vs*Sz  
    2D profile definition, Material: n=1.5 5JvrQGvL  
    :Sc"fG,g)  
    6.画出以下波导结构: |,)=-21&;  
    a. Linear waveguide 1 =" Sb>_  
    Label: linear1 |G(9mnZ1  
    Start Horizontal offset: 0.0 >0c4C< _  
    Start vertical offset: -0.75 vw5f|Q92  
    End Horizontal offset: 8.5 0 v> *P*  
    End vertical offset: -0.75 Nk ~"f5q7  
    Channel Thickness Tapering: Use Default V'Z Z4og  
    Width: 1.5 _VM()n;  
    Depth: 0.0 40i]I@:JK  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 L0QF(:F5  
    G[4$@{  
    b. Linear waveguide 2 W? SFt z  
    Label: linear2 :GBM`f@  
    Start Horizontal offset: 0.5 8~@?cy1j!  
    Start vertical offset: 0.05 !kG2$/lR  
    End Horizontal offset: 1.0 <RaUs2Q3.  
    End vertical offset: 0.05 l2|[  
    Channel Thickness Tapering: Use Default s k>E(Myo  
    Width: 0.1 @4FG & >kQ  
    Depth: 0.0  O86[`,  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 s%OPoRE  
    PN"s ^]4  
    7.加入水平平面波: UD6:X&Un  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Smc=-M}  
    Input field Transverse: Rectangular IizPu4|  
    X Position: 0.5 Rv=rO|&]  
    Direction: Negative Direction YQ _]Jv k  
    Label: InputPlane1 I|eYeJ3  
    2D Transverse: XhEJF !  
    Center Position: 4.5 [!'fE #"a  
    Half width: 5.0 z-g"`w:Lj  
    Titlitng Angle: 45 }\Ri:&?  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 /t=Fx94  
    图2.波导结构(未设置周期)
    D\CjR6DE  
    8Ts_;uId  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 s-lNpOi  
    将Linear2代码段修改如下: XtP5IN\S  
    Dim Linear2 2zN"*Wkn  
    for m=1 to 8 _7=LSf,9  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) hwj:$mR  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 q:a-tdv2  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" *{fL t  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" -qNun3  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ,B8u?{O  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Gw@]w;ed  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" tmVGJ+gz  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True _i@4R<  
    29tih{ xx  
    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。 6t!PHA  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    `SM37({c  
    k,GAHM"'  
    设置仿真参数 6U(M HxY  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 0CR~ vQf#r  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: SpJIEw  
    TE simulation =,w(D~ps  
    Mesh Delta X: 0.015 Zv|TvlyT"  
    Mesh Delta Z: 0.015  U rL|r.  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps @{LD_>R  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 5SQqE@g%  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 n5s2\(  
            其它参数保持默认 <4%cKW0  
    运行仿真 fMl uVND  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 2Sb68hJIE  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 /kH 7I  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 1ww#]p`1  
    J2avt  
    远场分析衍射 5!jU i9  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 0hv}*NYd  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 AU3>v  
    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 D\0q lCAs  
    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) ZgI?#e  
    图4.远场计算对话框
    3!qp+i)?  
    Y DWV=/  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Wz&[ cj  
    Wavelength: 0.63 9?38/2kX4  
    Refractive index: 1.5+0i ~pWV[oUD  
    Angle Initial: -90.0 L{F[>^1Sb  
    Angle Final: 90.0 .u3Z*+  
    Number of Steps: 721 y*7{S{9  
    Distance: 100, 000*wavelength <Gw>}/-^  
    Intensity /L^pU-}Z0  
    0i4XS*vPv  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 '4e, e|r  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 H{U(Rt]K  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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