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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: q(]f]Vl|0  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 NrJzVGeS  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Ek .3  
    布局layout ,+L KJl  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 h8}8Lp(/'  
    图1.二维光栅布局
    (O5)wej   
    =I4.Gf"~f  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 Z!\@%`0$  
    :EHQ .^  
    步骤: l8wF0|  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 w=J4zkWk  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 R_e)mkE  
    Wafer Dimensions: [%8@D C'  
    Length (mm): 8.5 I6dm@{/:>  
    Width (mm): 3.0 it}-^3A M  
    =7jEz+w#  
    2D wafer properties: Z;<ep@gy~  
    Wafer refractive index: Air F$Pp]"82'm  
    3 点击 Profiles 与 Materials. pCt}66k}  
    P^IY: -s  
    在“Materials”中加入以下材料 981!2*  
    Name: N=1.5 0=[0|`x  
    Refractive index (Re:): 1.5 Q=+8/b  
    J?jeYW   
    Name: N=3.14 @>O&Cpt  
    Refractive index (Re:): 3.14 M\UWWb&%\  
    |9s wZ[  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: &5q{viI  
    Name: ChannelPro_n=3.14 3%IWGmye4  
    2D profile definition, Material: n=3.14 a$+#V=bA  
    Ak=UtDN[  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Fk$@Yy+}e  
    2D profile definition, Material: n=1.5 0xBY(#;Q  
    tA qs2  
    6.画出以下波导结构: &%e"9v2`  
    a. Linear waveguide 1 u2lmwE  
    Label: linear1 wItzcY1m  
    Start Horizontal offset: 0.0 5Rs?CVVb  
    Start vertical offset: -0.75 k,]{NO   
    End Horizontal offset: 8.5 v*D FiCQD  
    End vertical offset: -0.75 A?Sm-#n{  
    Channel Thickness Tapering: Use Default bOXh|u_3i  
    Width: 1.5 *|'}v[{v^9  
    Depth: 0.0 +"=~o5k3Q  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 cdsQ3o  
    dofR)"<p,^  
    b. Linear waveguide 2  y h-9u  
    Label: linear2 Gg+YfY_  
    Start Horizontal offset: 0.5 `Kp}s<  
    Start vertical offset: 0.05 =g2\CIlVU6  
    End Horizontal offset: 1.0 Fe4esg-B<  
    End vertical offset: 0.05 <4NQL*|>  
    Channel Thickness Tapering: Use Default b-b;7a\N  
    Width: 0.1 w:R]!e_6\9  
    Depth: 0.0 nDn{zea7  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 !:J< pWN"  
    g.&\6^)8p  
    7.加入水平平面波: m t.,4  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: p;ZDpR  
    Input field Transverse: Rectangular &|] Fg5  
    X Position: 0.5 -9Xw]I#QR  
    Direction: Negative Direction CU !.!cZ{  
    Label: InputPlane1 +2(Pc JR~  
    2D Transverse: | VRq$^g  
    Center Position: 4.5 V9]uFL  
    Half width: 5.0 5oa]dco  
    Titlitng Angle: 45 Z{16S=0  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 m[#%/  
    图2.波导结构(未设置周期)
    <on)"{W13  
    Q }8C  
    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。 3DHvaq q7  
    将Linear2代码段修改如下: $YR{f[+L w  
    Dim Linear2 Xa\]ua_  
    for m=1 to 8 Ot"(uW4$[  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) zN/Gy}  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 &:,fb]p  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ,XP@ pi  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" W.sD2f  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" kjfxjAS=m  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" L/%xbm~  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 1r&AB!Z #  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True @) ]t8(  
    *xho  
    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。 _"`/^L`Q?  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ,P1G ?,y  
    {)GQV`y  
    设置仿真参数 m R"9&wq  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 3pzOt&T|w  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ?##y`.+O  
    TE simulation _2xuzmz0  
    Mesh Delta X: 0.015 2}1!WIin  
    Mesh Delta Z: 0.015 4O9tx_<JG  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps |HT)/UZ|  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 |O'Hh7  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 7YSuB9{M  
            其它参数保持默认 ]*;RHy9  
    运行仿真 a:wJ/ p  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 VdYOm  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ;%lJD"yF  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 FxMMxY,*%  
    Z7ZWf'o  
    远场分析衍射 Gu<W:n[  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” sVNo\  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ([ E#zrz%  
    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 6NP`P jR  
    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) XWJ0=t&}  
    图4.远场计算对话框
    pPU2ar  
    vQE` c@^{  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: `\6 +z  
    Wavelength: 0.63 WIhIEU7/  
    Refractive index: 1.5+0i #zh6=.,7  
    Angle Initial: -90.0 * N2#{eF&]  
    Angle Final: 90.0 h:eN>yW  
    Number of Steps: 721 }"!6Xm  
    Distance: 100, 000*wavelength w?*'vF_2:#  
    Intensity Z z{[Al{  
    5QCw5N  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 \Or]5ogT'  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 9G=A)j  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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