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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: $mco0 %$  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 k7_I$ <YDj  
    •光栅布局模拟和后处理分析 %R0v5=2'  
    布局layout cTZ)"^z!  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 KiLvI,9y  
    图1.二维光栅布局
    \9)[ #Ld  
    'Tb0-1S?  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 zW{ 6Eg  
    nN`"z3o  
    步骤: !jS4!2'  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Q882B1H  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 {j(4m  
    Wafer Dimensions: ioIv=qGdiP  
    Length (mm): 8.5 F N"rZWM  
    Width (mm): 3.0 2]jPv0u  
    twqFs  
    2D wafer properties: i8V0Ty4~N  
    Wafer refractive index: Air ].DY"  
    3 点击 Profiles 与 Materials. yYAnwf  
    ` DCU>bt&R  
    在“Materials”中加入以下材料 %u]6KrG18b  
    Name: N=1.5 ?)A2Kw>2  
    Refractive index (Re:): 1.5 Pw}_[[>$  
    #!!AbuhzK{  
    Name: N=3.14 ui.'^F<  
    Refractive index (Re:): 3.14 cV$lobqO  
    3\!F\tqD \  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ;cSGlE |  
    Name: ChannelPro_n=3.14 q G ;-o)h  
    2D profile definition, Material: n=3.14 jOv"<  
    t/:w1rw  
    Name: ChannelPro_n=1.5 K_-MkY?+  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ./maY1>T  
    ,zgNE*{Y"4  
    6.画出以下波导结构: hN4VlNKu  
    a. Linear waveguide 1 p?myuNd[  
    Label: linear1 hjY0w  
    Start Horizontal offset: 0.0 EnscDtf(  
    Start vertical offset: -0.75 'XfgBJF=  
    End Horizontal offset: 8.5 kJ8vKcc  
    End vertical offset: -0.75 KVijs1q  
    Channel Thickness Tapering: Use Default >iy^$bqF  
    Width: 1.5 Jirct,k  
    Depth: 0.0 N^$9;CKP=  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 A o3HX  
    fcAIg(vW  
    b. Linear waveguide 2 $v&C@l \  
    Label: linear2 *C_[jk@6  
    Start Horizontal offset: 0.5 ^pcRW44K  
    Start vertical offset: 0.05 ltEF:{mLe#  
    End Horizontal offset: 1.0 R#0{Wg0O)  
    End vertical offset: 0.05 )Xno|$b5Eo  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ##~!M(c  
    Width: 0.1 a>b8- j=J  
    Depth: 0.0 N$'>XtO  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 %8Yyj{^!(  
    P0#`anUr1  
    7.加入水平平面波: vv h.@f  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ^gm>!-Gx  
    Input field Transverse: Rectangular xKW"X   
    X Position: 0.5 "]<}Hy  
    Direction: Negative Direction i`~~+6`J  
    Label: InputPlane1 .}p|`3$P  
    2D Transverse: )VY10 R)$  
    Center Position: 4.5 !QTPWA  
    Half width: 5.0 LVmY=d>  
    Titlitng Angle: 45 DQ5W6W  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 @ KJV1t`  
    图2.波导结构(未设置周期)
    %^')G+>i  
    e`ex]py<C  
    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。 ?waebuj>  
    将Linear2代码段修改如下: 6h@+?{F.  
    Dim Linear2 $NCm;0\B|  
    for m=1 to 8  QT_^M1%  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) S>EDL  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05  8bbVbP  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ^N{X "  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" "3ug}k  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" YE_6OLW  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" \4@a  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" EP0a1.C  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True \P?--AI q<  
    @SQceQfB  
    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。 p|s2G~0<  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    I}ndRDz[  
    Cg*kN"8q  
    设置仿真参数 }6@%((9E 2  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Cn/q=  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: h {H]xe[Q  
    TE simulation i]@c.Q iFN  
    Mesh Delta X: 0.015 bQpoXs0w;  
    Mesh Delta Z: 0.015 4%>+Wh[  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps P|v ?  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 'rh\CA/}D  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 DZ%8 |PmB  
            其它参数保持默认 dL(4mR8  
    运行仿真 g6`.qyVfz'  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 |QMT A5  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 `{WCrw6)  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 -rRz@Cr  
    acy"ct*I  
    远场分析衍射 YiO3<}Uf  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ^Wk0*.wg  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 WSSaZ9 =  
    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 cY^Y!.,  
    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) ,`+Bs&S 8  
    图4.远场计算对话框
    Lm.Ik}Gli  
    | 4%v"U  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: #e*$2+`[A  
    Wavelength: 0.63 y "<JE<X  
    Refractive index: 1.5+0i I>!|3ElT  
    Angle Initial: -90.0 s7AI:Zv  
    Angle Final: 90.0 ?;/{rITP#  
    Number of Steps: 721 <%(f9j  
    Distance: 100, 000*wavelength 7V |"~%  
    Intensity WE7>?H*Ro  
    tPA"lBS !  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 VJGwd`qo*A  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 we @Yw6<  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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