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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: 2uk x (Z  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 6`$[Ini  
    •光栅布局模拟和后处理分析 R[1BfZ6s  
    布局layout L7mz#CMWf  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 nMoWOP'  
    图1.二维光栅布局
    \;]kYO}  
    `!G7k  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ]$M<]w,IJ2  
    WA)Ij(M8 p  
    步骤: g6sjc,`  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 \m@Y WO?L  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 l SkEuN  
    Wafer Dimensions: 4S L_-Hm.  
    Length (mm): 8.5 |z^pL1Z]5  
    Width (mm): 3.0 (\dK4JJ  
    BN@,/m9OQ%  
    2D wafer properties: sg'NBAo"  
    Wafer refractive index: Air E=/[s]@5  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 4?/7 bc  
    8,o17}NY,  
    在“Materials”中加入以下材料 {@r*+~C3  
    Name: N=1.5 EX?h0Uy  
    Refractive index (Re:): 1.5 V+w u  
    }#=Od e  
    Name: N=3.14 16@);Ot  
    Refractive index (Re:): 3.14 HP a|uDVv  
    9b6!CNe!  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: [BBpQN.^q6  
    Name: ChannelPro_n=3.14 Zj-BuE&@f  
    2D profile definition, Material: n=3.14 c6b0*!D"}  
    cD{8|B*  
    Name: ChannelPro_n=1.5 1. SkIu%  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Qa$NBNxKl  
    ]@SU4  
    6.画出以下波导结构: _2jw,WKr  
    a. Linear waveguide 1 pIVq("&  
    Label: linear1 {TL +7kiX/  
    Start Horizontal offset: 0.0 '@:[axu  
    Start vertical offset: -0.75 j;2<-{  
    End Horizontal offset: 8.5 C(]'&~}(  
    End vertical offset: -0.75 A/Khk2-:  
    Channel Thickness Tapering: Use Default JCQ:+eqt  
    Width: 1.5  q{X T  
    Depth: 0.0 7<yp"5><)  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 \>)f5 gV@  
    _=6OP8  
    b. Linear waveguide 2 /R%^rz'w  
    Label: linear2 B <+K<,S  
    Start Horizontal offset: 0.5 X&\o{w9%  
    Start vertical offset: 0.05 +8UdvMN  
    End Horizontal offset: 1.0 JIUtj7 HQ  
    End vertical offset: 0.05 w4{y "A  
    Channel Thickness Tapering: Use Default GOW"o"S  
    Width: 0.1 d,R6` i  
    Depth: 0.0 "2mFC!  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ~|R[O^9B  
    p^8 JLC  
    7.加入水平平面波: wZv-b*4  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: z{6 YC~  
    Input field Transverse: Rectangular >Me]m<$E;  
    X Position: 0.5 Za!w#j%h  
    Direction: Negative Direction -SJSTO[/J  
    Label: InputPlane1 pruWO'b`  
    2D Transverse: /p$=Cg[K  
    Center Position: 4.5 ? : md  
    Half width: 5.0 5w-JPjH  
    Titlitng Angle: 45 m;h<"]<  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 G{A)H_o*  
    图2.波导结构(未设置周期)
    A7(M,4`6  
    XTj73 MWY  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 J"bD\%  
    将Linear2代码段修改如下: vfXJYw+6_  
    Dim Linear2 =yh3Nd:u  
    for m=1 to 8 QSmJ`Bm  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) x(vai1CrdH  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 .Qfnd#  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" BVAr&cu  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" O!] ;_q/  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" !2tw,QM  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" eKJ:?Lxv;  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" &9@gm--b:  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True <N5rv3 s  
    bqjr0A7{  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 kdBV1E+:C  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Wo2 v5-  
    ^vn\4  
    设置仿真参数 :p&IX"Hh  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ;ct)H* y  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: mo*'"/  
    TE simulation }\4p3RQrz  
    Mesh Delta X: 0.015 /B=l,:TnJ  
    Mesh Delta Z: 0.015 qM*S*,s  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Q^|6J#o[9  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Ym:{Mm=ud  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Nor`c+,4  
            其它参数保持默认 oc((Yo+B  
    运行仿真 [88{@)  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 enPLaiJ'|q  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ,,}sK  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 K{N%kk%F  
    Tr$i= M  
    远场分析衍射 J& )#G@fRX  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” w`0)x5 TGR  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 & L3UlL  
    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 ]xI?,('_m  
    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) 'jN/~I  
    图4.远场计算对话框
    fZ{&dslg  
    }/4 9T  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: M`bL5J;  
    Wavelength: 0.63 y3IA '  
    Refractive index: 1.5+0i `LE^:a:8,  
    Angle Initial: -90.0 ;fj9 n-  
    Angle Final: 90.0 ?-d Ain1w  
    Number of Steps: 721 K Ka c6Zj  
    Distance: 100, 000*wavelength |&Au6 3  
    Intensity u2\+?`Ox  
    R|$[U  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。  XL&hs+Y  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 }}s8D>;G~  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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