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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: W6)dUi :"  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 MM=W9#  
    •光栅布局模拟和后处理分析 :~-)Sm+^  
    布局layout R%qX_m\0  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 >aX:gN  
    图1.二维光栅布局
    -,[~~  
    4S^  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ,HQ1C8  
    c9 gz!NE  
    步骤: S$ Ns8=  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 M}R@ K;%  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 b,=,px  
    Wafer Dimensions: Mr#oT?  
    Length (mm): 8.5 XB6N[E  
    Width (mm): 3.0 b/T20F{W\o  
    'O!Z:-qE  
    2D wafer properties: *Pa2bY3:  
    Wafer refractive index: Air cr2{sGn|  
    3 点击 Profiles 与 Materials. S(@*3]!q  
    h9,wiT  
    在“Materials”中加入以下材料 0G+L1a-  
    Name: N=1.5 8L%%eM_O  
    Refractive index (Re:): 1.5 6z1aG9G  
    K<Yn_G  
    Name: N=3.14 ~ra#UG\Y8  
    Refractive index (Re:): 3.14 /h{go]&Nb  
    d#X&Fi   
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ,Zf :R  
    Name: ChannelPro_n=3.14 \VoB=Ac&  
    2D profile definition, Material: n=3.14 wghFGHgw  
    9_g>BI;"8  
    Name: ChannelPro_n=1.5 MYur3lj%_  
    2D profile definition, Material: n=1.5 # |[`1  
    !7kAJG g  
    6.画出以下波导结构: N]3-L`t  
    a. Linear waveguide 1 ?CcR 7l  
    Label: linear1 &!H~bzg  
    Start Horizontal offset: 0.0 ?,A}E|jZ  
    Start vertical offset: -0.75 HV#?6,U}  
    End Horizontal offset: 8.5 SSSDl$}'t  
    End vertical offset: -0.75 6Cop#kW#  
    Channel Thickness Tapering: Use Default zsR  wF  
    Width: 1.5 *l-Dh:  
    Depth: 0.0 ,3fuX~g  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 B}l}Aq8  
    CuV=C Ay>  
    b. Linear waveguide 2 ~;!i)[-  
    Label: linear2 ,qBnqi[  
    Start Horizontal offset: 0.5 )]0[`iLe  
    Start vertical offset: 0.05 < -@,  
    End Horizontal offset: 1.0 LaEX kb*s  
    End vertical offset: 0.05 XL"v21X  
    Channel Thickness Tapering: Use Default |j.KFu845  
    Width: 0.1 ,6cbD  
    Depth: 0.0 F3H:I"4  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 rFt,36#  
    b.w(x*a  
    7.加入水平平面波: C+Fh$  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Vsm%h^]d  
    Input field Transverse: Rectangular 5 b#" G"  
    X Position: 0.5 sqMNon`5  
    Direction: Negative Direction Gdc ~Lh  
    Label: InputPlane1 SevfxR  
    2D Transverse: )Rm 'YmO  
    Center Position: 4.5 .:r2BgL  
    Half width: 5.0 0NuL9  
    Titlitng Angle: 45 ]HZa:aPY  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 F$sF 'cw  
    图2.波导结构(未设置周期)
    e&FX7dsyy  
    g-{<v4NGI  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 /64^5DjTh  
    将Linear2代码段修改如下: n+RUPZ  
    Dim Linear2 5{!a+  
    for m=1 to 8 #1,>Qnl  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) =ihoVA:|  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Y9I #Q  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Ztpm_P6  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Xdp`Z'g  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 21)-:rS  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 8g2-8pa{  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" j 44bF/  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True L(!!7B_,  
    7zJh;f/  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 #%=vy\r  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Wj f>:\ w  
    'nj&}A'  
    设置仿真参数 kVG6\<c]  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 f@xfb ie !  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ^S;RX*  
    TE simulation _sf0{/< )  
    Mesh Delta X: 0.015 ^%'tD  
    Mesh Delta Z: 0.015 !Sy'Z6%f  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps HLyFyv\  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ;5JIY7t  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 L]L~TA<D9i  
            其它参数保持默认 +y{93nl  
    运行仿真 r{6B+3J  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 3Mh,NQB  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 6UzT]"LR;  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 J9$]]\52s.  
    ;o)`9<es!2  
    远场分析衍射 @qr3v>3X<  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” [&O:qaD^  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 %]:vT&M  
    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 [:hy  
    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) ? /|@ #&  
    图4.远场计算对话框
    ]Buk9LTe  
    lWyP[>*  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: JXy667_  
    Wavelength: 0.63 lh(+X-}D  
    Refractive index: 1.5+0i ~|B!. +  
    Angle Initial: -90.0 C&s }m0R  
    Angle Final: 90.0 f29HQhXqS  
    Number of Steps: 721 YV_I-l0  
    Distance: 100, 000*wavelength .V)2Tz  
    Intensity c:,{ O 0 #  
    c7TWAG_+  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 Tdmo'"m8z_  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 YQ8x6AJ  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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