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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: a|DCpU}  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 )(rr1^Xer  
    •光栅布局模拟和后处理分析 lk` |u$KPz  
    布局layout JEK_W<BD  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 JE#H&]  
    图1.二维光栅布局
    ,Xg^rV~]  
    \9~Q+~@{G  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 o?+?@Xb'  
    1@}<CWE9  
    步骤: aiZZz1C   
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 E>:#{%  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 /`t}5U>S_  
    Wafer Dimensions: 4hYK$!"r  
    Length (mm): 8.5 7jr+jNsowj  
    Width (mm): 3.0 EztuVe  
    BqpJvRJd  
    2D wafer properties: +U>Y.YP  
    Wafer refractive index: Air i>C%[dk9  
    3 点击 Profiles 与 Materials. W e*uZ?+  
    lv~ga2>z  
    在“Materials”中加入以下材料 =$T[  
    Name: N=1.5 @:@5BCs<  
    Refractive index (Re:): 1.5 `=Rxnl,<U  
    I,"q:QS+  
    Name: N=3.14 o5YL_=7m  
    Refractive index (Re:): 3.14 tOZ-]>U  
    Ir(U7D  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: _,? xc"  
    Name: ChannelPro_n=3.14 b?<@  
    2D profile definition, Material: n=3.14 of >  
    o)Px d  
    Name: ChannelPro_n=1.5 rl2(DA{  
    2D profile definition, Material: n=1.5 vst;G-ys  
    ^f 0-w`D  
    6.画出以下波导结构: .bRtK+}F#  
    a. Linear waveguide 1 }*!_M3O  
    Label: linear1 Pj*]%V  
    Start Horizontal offset: 0.0 QyrB"_dm  
    Start vertical offset: -0.75 a/rQ@c>  
    End Horizontal offset: 8.5 bxWzm|  
    End vertical offset: -0.75 +i}uRO  
    Channel Thickness Tapering: Use Default uH7!)LE#  
    Width: 1.5 rT[b ^l}  
    Depth: 0.0 #KuBEHr  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 '5A&c(  
    DYrci?8Ith  
    b. Linear waveguide 2 |O'gT8  
    Label: linear2 @PK 1  
    Start Horizontal offset: 0.5 iAeq%N1(0  
    Start vertical offset: 0.05 tVNFulcz$  
    End Horizontal offset: 1.0 HcV,r,>e  
    End vertical offset: 0.05 0d89>UB-8q  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ,>nf/c0.  
    Width: 0.1 )EcfEym.>  
    Depth: 0.0 _s:5)  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ]; eJ'#  
    ;Y`8Ee4vH  
    7.加入水平平面波: y>cT{)E$  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Cd_H<8__  
    Input field Transverse: Rectangular @Y ?p-&  
    X Position: 0.5 kLXa1^Lq  
    Direction: Negative Direction g3!<A*<  
    Label: InputPlane1 DD6K[\  
    2D Transverse: /N")uuv  
    Center Position: 4.5 \_)mWK,h  
    Half width: 5.0 @lqI,Ce5  
    Titlitng Angle: 45 H1 i+j;RN  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ^e80S^  
    图2.波导结构(未设置周期)
    er@.<Dc  
    <d[GGkY]=  
    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。 jS|jPk|I.  
    将Linear2代码段修改如下: &x@N5j5Q  
    Dim Linear2 >keY x<1  
    for m=1 to 8 R-2Aby ts2  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) KB{/L5  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ZfS"  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"  Sg(\+j=  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" =A_{U(>  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" R0nUS<b0  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" vCtnjWGX}/  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" LX(`@-<DH  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True l\u5RMS('  
    "rrE_  
    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。 `0=j,54cx  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    !F2JT@6  
    !$Arc^7r  
    设置仿真参数 V9;IH<s:  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 7!e kINQ  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: /~g.j1g  
    TE simulation w3Dqpo8E  
    Mesh Delta X: 0.015 c =Zurqj  
    Mesh Delta Z: 0.015 7+$P6[*  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 1V]j8  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 }dEf |6_  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 = d!YM6G  
            其它参数保持默认 cejD(!MKe  
    运行仿真 iP?lP= M  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 2p*L~! iM  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 b^<7@tY  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 //#]CsFiP  
    ?~;q r  
    远场分析衍射 <fDbz1Q;l  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 8>:u%+ C1c  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Enhrkk  
    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 \obM}caT  
    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) T 0?9F2  
    图4.远场计算对话框
    @[;$R@M_3  
    - ysd`&  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: # tU@\H5kN  
    Wavelength: 0.63 ItG|{Bo  
    Refractive index: 1.5+0i 8]JlYe  
    Angle Initial: -90.0 hNF,sA  
    Angle Final: 90.0 Jx8DVjy  
    Number of Steps: 721 $o*p#LU  
    Distance: 100, 000*wavelength iv6bXV'N  
    Intensity 7K/t>QrBtU  
    -B:O0;f  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 okBaQH2lUl  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 @Z@S;RWSU  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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