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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: 2JZdw  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Uyk,.*8"  
    •光栅布局模拟和后处理分析 HTk\723Rdw  
    布局layout 5/?P|T   
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 OxQYNi2  
    图1.二维光栅布局
    'wvMH;}u  
    L^FcS\r;  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局  $:EG%jl  
    ^=+e?F`:{  
    步骤: g1{/ 5{XI  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 jj,r <T  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 w"8V0z  
    Wafer Dimensions: BvK QlT  
    Length (mm): 8.5 8sg|MWSU  
    Width (mm): 3.0 ?3q@f\fZ  
    '#D8*OP^  
    2D wafer properties: ){P^P!s$  
    Wafer refractive index: Air BpH%STEN  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ~.oj.[ }  
    c)~h<=)  
    在“Materials”中加入以下材料 9S>g6}[E#0  
    Name: N=1.5 f%XJ;y\,9H  
    Refractive index (Re:): 1.5 "^Rv#  
    z vO:"w}  
    Name: N=3.14 6kR\xP]Kr  
    Refractive index (Re:): 3.14 exZLj0kvF  
    {^mKvc  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ?djQZ *  
    Name: ChannelPro_n=3.14 r N5tI.iC  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ashar&'  
    66\jV6eH7L  
    Name: ChannelPro_n=1.5 V%NeZ1{ e  
    2D profile definition, Material: n=1.5 H}ZQ?uK;  
    |PP.<ce\-  
    6.画出以下波导结构: a#[-*ou`  
    a. Linear waveguide 1 YGk9b+`  
    Label: linear1 cb$-6ZE/  
    Start Horizontal offset: 0.0 _<*Hv*Zm  
    Start vertical offset: -0.75 P@0Y./Ds  
    End Horizontal offset: 8.5 LFf`K)q  
    End vertical offset: -0.75 M%`\P\A  
    Channel Thickness Tapering: Use Default )D/ 6%]O  
    Width: 1.5 nidr\oFUIn  
    Depth: 0.0  {mTytT  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 X`JV R"=4  
    )Gk`[*q ;  
    b. Linear waveguide 2 %j+xgX/&  
    Label: linear2 ub K7B |p  
    Start Horizontal offset: 0.5 fU+Pn@'  
    Start vertical offset: 0.05 [L(h G a  
    End Horizontal offset: 1.0 ?LP9iY${  
    End vertical offset: 0.05 *%gF2@=r8F  
    Channel Thickness Tapering: Use Default FN^FvQ  
    Width: 0.1 ynwG\V  
    Depth: 0.0 :iUF7P1I  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 X}A'Cg0y  
    d~9!,6XM  
    7.加入水平平面波: Vba.uKNjk  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: UE"GJt`I  
    Input field Transverse: Rectangular ae+*=,  
    X Position: 0.5 $}o b,i^W  
    Direction: Negative Direction -{jdn%Y7CK  
    Label: InputPlane1 F]+~x/!  
    2D Transverse: T+IF}4e d  
    Center Position: 4.5 R 9 4^4I  
    Half width: 5.0 ?cy4&]s  
    Titlitng Angle: 45 `{Tk@A_yd  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 K8I$]M   
    图2.波导结构(未设置周期)
    mUoIJ3fv_,  
    3V<&|  
    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。 Y.6SOu5$]  
    将Linear2代码段修改如下: ~bK9R 0|<  
    Dim Linear2 |> enp>  
    for m=1 to 8 g(4bBa9y  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) cr;`Tl~}s  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 gm"#:< )  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" f 2YLk  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" R.9V,R5  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 23]Y<->Eu<  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" SU.ythU2,c  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" EHf\L  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True {y)s.b~JB  
    #q\x$   
    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。 %;xOB^H^  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    5Wx~ZQZ  
    mN_Z7n;^eh  
    设置仿真参数 0Q5^C!K  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 <%?#AVU[  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: yV_wDeAz  
    TE simulation w n|]{Ww35  
    Mesh Delta X: 0.015 @OpNHQat9  
    Mesh Delta Z: 0.015 {Qu"%h.Al  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps cC{"<fYF  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 z(y*hazK  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 GEUg]nw  
            其它参数保持默认 07v!Zj  
    运行仿真 <If35Z)~  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 k?GD/$1t  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 5 `D-  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ]e?x# <S  
    Y"g.IK`V  
    远场分析衍射 r=.A'"Kf  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” +j14Q$  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 I0'WOV70  
    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 m"eteA,"k_  
    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) kS5_&#  
    图4.远场计算对话框
    KJn!Ap  
    O`1!  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ,MPB/j^o5!  
    Wavelength: 0.63 (.Y/  
    Refractive index: 1.5+0i 26?W nu60  
    Angle Initial: -90.0 bPK Ow<  
    Angle Final: 90.0 k;W@LfP  
    Number of Steps: 721 nuQ]8 -,  
    Distance: 100, 000*wavelength 68fiG  
    Intensity Hy:V`>  
    &C<yfRDu  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 jEdtJ EPa  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 #SVNHpx  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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