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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: :k,Q,B.I  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 zO=%J)-=  
    •光栅布局模拟和后处理分析 \%A%s*1  
    布局layout TprtE.mP  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 lmCZ8 j(FF  
    图1.二维光栅布局
    XcfKx@l  
    b=[?b+  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 @QEqB_W  
    2+"r~#K*  
    步骤: lWZuXb,G  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 3f76kl(&  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 f [o%hCS  
    Wafer Dimensions: GdmmrfXB  
    Length (mm): 8.5 k(s;,B\  
    Width (mm): 3.0 ;%!m<S|%k  
    p@Q5b}xCG_  
    2D wafer properties: v3RcwySk  
    Wafer refractive index: Air e [0w5)X   
    3 点击 Profiles 与 Materials. kBEmmgL  
    qr(`&hB-L  
    在“Materials”中加入以下材料 D!LX?_cD1i  
    Name: N=1.5 !K0JV|-?t  
    Refractive index (Re:): 1.5 /Z%>ArAx  
    mY&ud>,U:  
    Name: N=3.14 {G i h&N  
    Refractive index (Re:): 3.14 eE8ULtO  
    \gO,hST   
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: RMXzU  
    Name: ChannelPro_n=3.14 }IkQA#4$  
    2D profile definition, Material: n=3.14 )R)a@op  
    9IZu$-  
    Name: ChannelPro_n=1.5 g /+oZU  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ;?L\Fz(<   
    h y-cG%f  
    6.画出以下波导结构: LXfCmc9|Z  
    a. Linear waveguide 1 {1lO  
    Label: linear1 ~oD8Rnf  
    Start Horizontal offset: 0.0 )@g;j>  
    Start vertical offset: -0.75 ` $5UHa2/  
    End Horizontal offset: 8.5 f@V3\Z/6E  
    End vertical offset: -0.75 ]]iPEm"@  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ~Pf5ORoe  
    Width: 1.5 -V<t-}h.  
    Depth: 0.0 HK=[U9 o?  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 A}VYb:u/  
    hkL5HzWn  
    b. Linear waveguide 2 $ 17 su')  
    Label: linear2 m6n!rRQ^U  
    Start Horizontal offset: 0.5 M:SO2Czz  
    Start vertical offset: 0.05 Mtm OUI&'  
    End Horizontal offset: 1.0 woOy*)@  
    End vertical offset: 0.05 }xb=<  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 12`_;[37  
    Width: 0.1 udqS'g&  
    Depth: 0.0 Sr.;GS5i  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 x8#ODuH  
    u=l1s1>  
    7.加入水平平面波: iZ,YxN<R  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: omX?Bl  
    Input field Transverse: Rectangular 2&(sa0*y  
    X Position: 0.5 p9ZXbAJ{  
    Direction: Negative Direction o>D  
    Label: InputPlane1 %:C ]7gQ  
    2D Transverse: FH5ql~  
    Center Position: 4.5 y }2F9=  
    Half width: 5.0 j -O2aL  
    Titlitng Angle: 45 gPC@Yy  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ~%y@Xsot>  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ]> !<G8 =N  
    Owv +1+B  
    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。 ug&[ IL~lc  
    将Linear2代码段修改如下: Vd9@Dy  
    Dim Linear2 W  0[N0c  
    for m=1 to 8 JqUADm  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) UHO_Z  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 VV_l$E$  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 9l/EjF^  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" vP-M,4c  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" L#h:*U{@40  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" \>/M .2  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" i, nD5 @#  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ~4,I7c7  
    T)CzK<LbR  
    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。 vq'c@yw;  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    2s ,8R  
    uZ6d35MJ  
    设置仿真参数 :Og:v#r8=  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 *<V^2z$y_  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: e&I t  
    TE simulation kUHE\L.Y]  
    Mesh Delta X: 0.015 ``Q 2P%  
    Mesh Delta Z: 0.015 ,5k-.Md>2*  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps M~T.n)x2  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 cd@.zg'sYn  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 q`|CrOzO  
            其它参数保持默认 P1zK2sL_  
    运行仿真 8Z#j7)G  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 vxlOh.a|/L  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ;."<m   
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 wOgE|n  
    %kI} [6J_  
    远场分析衍射 ;-mdi/*g  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ik1tidw  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 /L=(^k=a.;  
    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 (il0M=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) *tQk;'/A]  
    图4.远场计算对话框
    }E <^gAh}  
    "&YYO#YO  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ilLBCS}  
    Wavelength: 0.63 eH>#6R1-  
    Refractive index: 1.5+0i jh ez  
    Angle Initial: -90.0 y f1CXldi  
    Angle Final: 90.0 V-O(U*]  
    Number of Steps: 721 VkmRh,T  
    Distance: 100, 000*wavelength g;p)n  
    Intensity MEZ{j%-a  
    KlxN~/gyik  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 `d]Z)*9  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 %B2XznZ:  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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