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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: [&{NgUgu"  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 #M8>)oc  
    •光栅布局模拟和后处理分析 '59l.  
    布局layout h>"Z=y  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 Y\{lQMCy  
    图1.二维光栅布局
    ~;nW+S$o  
    GoG_4:^#h  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 +Z%8X!Q  
    S3YAc4  
    步骤: W7 9.,#  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 t($z+ C<  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 9!Vp-bo  
    Wafer Dimensions: v5`Odbc=w  
    Length (mm): 8.5 8?k.4{?  
    Width (mm): 3.0 hFt~7R  
    XO J@-^BX  
    2D wafer properties: "C [uz&  
    Wafer refractive index: Air X]t *  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ,NQ>,}a0  
    JLV?n,nF  
    在“Materials”中加入以下材料 2)>Ty4*  
    Name: N=1.5 `jCq`-.  
    Refractive index (Re:): 1.5 | b)N;t  
    c#(&\g2H  
    Name: N=3.14 `H\NJ,  
    Refractive index (Re:): 3.14 gPWl#5P:  
    1V1T1  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 8_ _C T  
    Name: ChannelPro_n=3.14 7)a u#K6  
    2D profile definition, Material: n=3.14 *wfkjG  
    ?C9>bKo*2H  
    Name: ChannelPro_n=1.5 c9;oB|8|  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Q@#Gm9m  
    Q mn'G4#@E  
    6.画出以下波导结构: z50f$!?  
    a. Linear waveguide 1 U>_#,j  
    Label: linear1 g].hL  
    Start Horizontal offset: 0.0 AkR ZUj\  
    Start vertical offset: -0.75 Voc&T+A m  
    End Horizontal offset: 8.5 wenJ(0L|  
    End vertical offset: -0.75 .[#bOp*  
    Channel Thickness Tapering: Use Default {v}jV{'^um  
    Width: 1.5 ^o*$+DbC  
    Depth: 0.0 64qQ:D7C  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 4WV)&50  
    $Uxg$pqO  
    b. Linear waveguide 2 hTbot^/  
    Label: linear2 mPo].z  
    Start Horizontal offset: 0.5 f^X\N/  
    Start vertical offset: 0.05 MOW {g\{\  
    End Horizontal offset: 1.0 ZI#Xh5  
    End vertical offset: 0.05 [u2)kH$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default "t" &6\  
    Width: 0.1 q! U'DDEP  
    Depth: 0.0 '$n#~/#}  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 uP[:P?,t  
    H=k*;'  
    7.加入水平平面波: 8?7:sfc  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: XS/5y(W  
    Input field Transverse: Rectangular CiGN?1|  
    X Position: 0.5 lb('=]3 }H  
    Direction: Negative Direction >xE{& ):  
    Label: InputPlane1 2nPU $\du  
    2D Transverse: "A?_)=zZ  
    Center Position: 4.5 >zDnJb&"&  
    Half width: 5.0 vXM``|  
    Titlitng Angle: 45 (&u)F B*  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 +(<}`!9M*  
    图2.波导结构(未设置周期)
    oxPb; %  
    @*c ) s_  
    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。 F- n1J?4b  
    将Linear2代码段修改如下: I"=XM   
    Dim Linear2 oos35xV .  
    for m=1 to 8 h&6x.ps@  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) cAc i2e  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 4q<:% 0M|  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" $0zH2W  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" XDJQO /qN  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" cNG6 A4  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" PF(P"f.?D  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" prY9SQd  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True f(E  'i>  
    %j=,c{`Q  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 ?%HtPm2< %  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    k|7XC@i]%  
    oB$D&  
    设置仿真参数 `'[ 7M  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 <ZNa`  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: EF{_-FXY  
    TE simulation !lF|90=  
    Mesh Delta X: 0.015 G?/1 F1  
    Mesh Delta Z: 0.015 O!uB|*  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps "t"=9:_t  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 n.y72-&v  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 'vTD7a^  
            其它参数保持默认 8C=Y(vPk2  
    运行仿真 V@K}'f~  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 /=\__$l)  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 xTM&SVNbL_  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 bct&ge7YX  
    E4[\lX$J  
    远场分析衍射 xZmKKKd0*  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 'F+O+-p+  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 0r=Lilu{q  
    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 6|LDb"Rvy  
    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) TR@$$RrU  
    图4.远场计算对话框
    (.!q~G  
    N[ArwV2O  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: (w% hz']  
    Wavelength: 0.63 # dxlU/*  
    Refractive index: 1.5+0i ^B?koU l^  
    Angle Initial: -90.0 4!6g[[| &J  
    Angle Final: 90.0 jt2 m-*aP  
    Number of Steps: 721 ?#D@e5Wf  
    Distance: 100, 000*wavelength gpr];lgS  
    Intensity =fi.*d?$7  
    +.\JYH=yEr  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ^ I,1kl~i  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 VV] {R'  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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