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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: .9h)bf+  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 S~)w\(r  
    •光栅布局模拟和后处理分析 PKf:O  
    布局layout 40#9]=;}  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 |QMA@Mx  
    图1.二维光栅布局
    dz%EM8  
    6~8F!b2  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 cin2>3Z$  
    CzVmNy)kl  
    步骤: cp6WMHLj   
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 + E5=$`  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 =X1?_~}  
    Wafer Dimensions: xA h xD|4_  
    Length (mm): 8.5 +e P.s_t  
    Width (mm): 3.0 G[Tl%w  
    Qi9-z'  
    2D wafer properties: DlTR|(AL  
    Wafer refractive index: Air rzeLx Wt  
    3 点击 Profiles 与 Materials. rmd;\)#*`  
    gfy19c 9  
    在“Materials”中加入以下材料 oyx^a9  
    Name: N=1.5 27D!'S  
    Refractive index (Re:): 1.5 OH6^GPF6  
    ,gx)w^WTm  
    Name: N=3.14 PaO- J&<  
    Refractive index (Re:): 3.14 \we\0@v  
    3l4NC03I&  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: #X`8dnQZ  
    Name: ChannelPro_n=3.14 #sB,1"  
    2D profile definition, Material: n=3.14 #=,imsW)  
    OqUr9?+  
    Name: ChannelPro_n=1.5 g(hOg~S\E  
    2D profile definition, Material: n=1.5 _P7tnXww  
    @ -:]P8  
    6.画出以下波导结构: d=3'?l`  
    a. Linear waveguide 1 Bh]!WMAw.  
    Label: linear1 A??@AP[7M  
    Start Horizontal offset: 0.0 q%/uQT?  
    Start vertical offset: -0.75 4Ysb5m)u  
    End Horizontal offset: 8.5 .Zmp ,  
    End vertical offset: -0.75 ,Zf 9RM  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ..W-76{  
    Width: 1.5 aP-<4uGx  
    Depth: 0.0 Sq2P-y!w  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 FjFMR 63  
    )R2XU  
    b. Linear waveguide 2 3Q By\1h.  
    Label: linear2 ;_?MX/w|&  
    Start Horizontal offset: 0.5 #{J,kcxS  
    Start vertical offset: 0.05 qu|i;WZE  
    End Horizontal offset: 1.0 DcD{*t?x  
    End vertical offset: 0.05 1zxq^BI  
    Channel Thickness Tapering: Use Default oG oK,  
    Width: 0.1 '0RwO[A#1  
    Depth: 0.0 B 0ee?VC  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 {QAv~S>4  
    Iah[j,]r  
    7.加入水平平面波: aA'TD:&p1  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 9~\kF5Q"  
    Input field Transverse: Rectangular f3MRD4+-  
    X Position: 0.5 s)J(/  
    Direction: Negative Direction b1#dz]  
    Label: InputPlane1 f9u^R=Ff[  
    2D Transverse: U7 @AC}.+  
    Center Position: 4.5 H^%lDz  
    Half width: 5.0 PmpNAVE'  
    Titlitng Angle: 45 zYER  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ?~e3 &ux  
    图2.波导结构(未设置周期)
    u{<"NR h  
    3VO2,PCZ  
    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。 (!L5-8O  
    将Linear2代码段修改如下: :mppv8bh  
    Dim Linear2 Jju#iwb  
    for m=1 to 8 (N-RIk73/O  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) pKUP2m`MW  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 9A'Y4Kg<C  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" g=L]S-e  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" SLL3v,P(7  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" -fI`3#  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ||7x;2e  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ;bzX% f?|G  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True v X~RP *  
    <W8t|jt  
    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。 ;*TIM%6#  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    6fo3:P*O  
    `4?~nbz  
    设置仿真参数 =ac_,]z  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 2&mGT&HAVA  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: /1=4"|q>h'  
    TE simulation Q#I"_G&{  
    Mesh Delta X: 0.015 IY'=DePd  
    Mesh Delta Z: 0.015 3rW|kkn  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps \W5O&G-C  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 8`>h}Q$  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 }_/Hdmmx  
            其它参数保持默认 3981ie  
    运行仿真 7"F*u :  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 \uqjs+  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ]B"'}%>ez  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 F_iXd/  
    (/d5UIM{&  
    远场分析衍射 qU2~fNY  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” H={DB  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 r`y ezbG  
    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 1d"Z>k:mn  
    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) Ei}/iBG@  
    图4.远场计算对话框
    G'2#9<c*  
    >WJf=F`_H  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: <~ad:[  
    Wavelength: 0.63 {^mNJ  
    Refractive index: 1.5+0i 5,qj7HZF  
    Angle Initial: -90.0 #4MBoN(3  
    Angle Final: 90.0 sIG7S"k>p  
    Number of Steps: 721 0]KraLu"N  
    Distance: 100, 000*wavelength Va,<3z%O<  
    Intensity F^"_TV0va  
    4 %PfrJ  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 h^,8rd  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ~vmd XR`'T  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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