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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: =!2(7Nr  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 BeM|1pe.  
    •光栅布局模拟和后处理分析 x{{ZV]  
    布局layout [u8JqX  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 /7b$C]@k  
    图1.二维光栅布局
    Y.o-e)zX  
    f>+:UGmP  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ;<v9i#K5  
    @,TCg1@QJ  
    步骤: cK2Us+h  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 H{*R(S<I  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 >c@1UEwkm  
    Wafer Dimensions: p:qj.ukw  
    Length (mm): 8.5 9,Ug  
    Width (mm): 3.0 N:rnH:g+:  
    PF-"^2&_  
    2D wafer properties: C9 cQ} j:  
    Wafer refractive index: Air B ? D|B  
    3 点击 Profiles 与 Materials. _6'HBE  
    2d-C}&}L\  
    在“Materials”中加入以下材料 AY%Y,< a  
    Name: N=1.5 w24@KaKFo  
    Refractive index (Re:): 1.5 24/ ^_Td  
    .JL?RH2@8  
    Name: N=3.14 0t}&32lL&  
    Refractive index (Re:): 3.14 U*Pi%J  
    ~D\ V!  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: J9/}ZD^  
    Name: ChannelPro_n=3.14 (:T\<  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ?!kPW^gD  
    *.Ceb%W7C  
    Name: ChannelPro_n=1.5 V$<5`  
    2D profile definition, Material: n=1.5 SgPvQ'\  
    g"L$}#iTsl  
    6.画出以下波导结构: a;e~D 9%1  
    a. Linear waveguide 1 OO+QH 2j  
    Label: linear1 ~!W{C_*N  
    Start Horizontal offset: 0.0 j]5bs*G  
    Start vertical offset: -0.75 ) %&~CW+  
    End Horizontal offset: 8.5 B@2VI 1%  
    End vertical offset: -0.75 }W k!):=y  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 4>W ov  
    Width: 1.5 `>cBR,)r  
    Depth: 0.0 /__@a&9t  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 DJf!{:b)  
    ];1Mg  
    b. Linear waveguide 2 J-g<-!>RM  
    Label: linear2 ULkhTB  
    Start Horizontal offset: 0.5 vMV}M%~  
    Start vertical offset: 0.05 i>68gfx  
    End Horizontal offset: 1.0 K=82fF(-  
    End vertical offset: 0.05 >HY( Ij<  
    Channel Thickness Tapering: Use Default u4a(AB>S  
    Width: 0.1 Q4,!N(>D  
    Depth: 0.0 /2e&fxxD  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 yk| < P\  
    gK8{=A0c  
    7.加入水平平面波: Q-}yZ  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Akbt%&  
    Input field Transverse: Rectangular 69$[yt>KYz  
    X Position: 0.5 OWRT6R4v  
    Direction: Negative Direction CQx#Xp>=s  
    Label: InputPlane1 zg2}R4h  
    2D Transverse: = j,Hxq  
    Center Position: 4.5 ``Wf%~  
    Half width: 5.0 af<R.  
    Titlitng Angle: 45 MIJ^ n(-G  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 '-7rHx  
    图2.波导结构(未设置周期)
    Gd8FXk,.!  
    >qBQfz:U>  
    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。 sV)) Z2sq  
    将Linear2代码段修改如下: kgV_*0^  
    Dim Linear2 :Ej#qYi  
    for m=1 to 8 jr<`@  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) O IMsxXF\J  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ROyG+dUy  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" y7quKv7L}  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" =-e` OHA  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ,33[/j  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 8AK=FX&@&  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 8i=c|k,GL.  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True YnzhvE  
    %&RF;qa2xu  
    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。 (HW!!xM  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    axSJ:j8  
    oXef<- :  
    设置仿真参数 dp3>G2Yq  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 <:mV^tK  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: W'BB FG  
    TE simulation F?wfh7q  
    Mesh Delta X: 0.015 {WE1^&Vk-}  
    Mesh Delta Z: 0.015 NT6OGBl&  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps s^@?+<4:  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ok"v`76~f5  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 w@&4dau  
            其它参数保持默认 `5V=U9zdE  
    运行仿真 K\7\  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 avmuI^LLs  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 f.%mp$~T  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 6fozc2h@x%  
    -_bnGY%,  
    远场分析衍射 gkJL=,  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” F~`Yh6v  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 $?.0>0 ,<  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 LyaFWx   
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) =ZE]jmD4P  
    图4.远场计算对话框
    ] rP^  
    {{G`0i2KV  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: #mI{D\UR  
    Wavelength: 0.63 g[]UM;D*  
    Refractive index: 1.5+0i 2qw-:  
    Angle Initial: -90.0 b) k\?'j  
    Angle Final: 90.0 [z2XK4\e1T  
    Number of Steps: 721 g[Z$\A?ZbZ  
    Distance: 100, 000*wavelength p(jY2&g  
    Intensity "$->nC.  
    66P'87G  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 WF)(Q~op0U  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 0Jz5i4B  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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