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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: /TQ}} YVw  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 .lG5=Th!  
    •光栅布局模拟和后处理分析 R0Ue0pF7  
    布局layout SkNre$>t{  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 r`\A nT?  
    图1.二维光栅布局
    faXx4A2"  
    ^4Am %yyT  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 m`? MV\^  
    6R UrF  
    步骤: .aOnGp  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Rf %HIAVE  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ;$j7H&UNQj  
    Wafer Dimensions: vEe NW  
    Length (mm): 8.5 E4.SF|=x  
    Width (mm): 3.0 {04"LAE  
    ks;% *d  
    2D wafer properties: q6P wZ_  
    Wafer refractive index: Air #.B"q:CW*P  
    3 点击 Profiles 与 Materials. XEM'}+d  
    ,3DXFV'uxb  
    在“Materials”中加入以下材料 9Mm!%Hu  
    Name: N=1.5 &F$:Q:* *  
    Refractive index (Re:): 1.5 oS,I~}\kQ  
    :VmHfOO  
    Name: N=3.14 X26   
    Refractive index (Re:): 3.14 " K*  
    SF ]@|  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: +?D6T!)  
    Name: ChannelPro_n=3.14 th5g\h%j*  
    2D profile definition, Material: n=3.14 [e e%c Xo  
    $K~LM8_CKy  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ,hxkk`  
    2D profile definition, Material: n=1.5 HG >j5  
    ,"}Rg1\4t  
    6.画出以下波导结构: Rs& @4_D  
    a. Linear waveguide 1 F9q8SA#"  
    Label: linear1 h:\oly\  
    Start Horizontal offset: 0.0 VxO%rq3  
    Start vertical offset: -0.75 9~IQw#<  
    End Horizontal offset: 8.5 =dP{Gh  
    End vertical offset: -0.75 )wXuwdc[  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 6qvp*35Cx  
    Width: 1.5 O  OFVnu  
    Depth: 0.0 xh@-g|+g  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 6X g]/FD  
    wt }9B[  
    b. Linear waveguide 2 7Ob*Yv=[  
    Label: linear2 :B *}^g  
    Start Horizontal offset: 0.5 "](6lB1Oe  
    Start vertical offset: 0.05 >ndJNinV  
    End Horizontal offset: 1.0 Wk;5/  
    End vertical offset: 0.05 f,i5iSYf  
    Channel Thickness Tapering: Use Default mZk0@C&:6  
    Width: 0.1 jMBiaX`F  
    Depth: 0.0 }]P4-KqI  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ]Z<_ " F  
    gW(gJ; L,%  
    7.加入水平平面波: ug 7o>PX  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: JwnAW}=  
    Input field Transverse: Rectangular DR9: _  
    X Position: 0.5 =V+I=rqo  
    Direction: Negative Direction Q'apG)0I  
    Label: InputPlane1 n;XWMY  
    2D Transverse: *mG`_9  
    Center Position: 4.5 VU|dV\>  
    Half width: 5.0 {C*\O)Gep  
    Titlitng Angle: 45 (n( fI f  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 1,y&d}GW  
    图2.波导结构(未设置周期)
    0O!cN_l|  
    yTM{|D]$(  
    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。 FXKF\1`( H  
    将Linear2代码段修改如下: 8Q`WB0E<|  
    Dim Linear2 _K2?YY(#>  
    for m=1 to 8 d4[(8} x$/  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) \~rlgxd  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 dm rps+L  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" r WtZj}A  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" $*[{J+t_  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" CCijf]+  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" @pV5}N[]  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" K2_Qu't0$  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True .o{0+fC#  
    hi =XYC,  
    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。 4tA_YIv  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    G* %t'jX9  
    z|R,&~:  
    设置仿真参数 M s9E@E  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 k4J8O3E  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: USJ- e  
    TE simulation pfuW  
    Mesh Delta X: 0.015 gv15t'y9  
    Mesh Delta Z: 0.015 -php6$|  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps UQ Co}vM  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 T4e\0.If  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 B=L&bx  
            其它参数保持默认 .uo.N   
    运行仿真 ]T! }XXK  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 FaTa(3$%  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 KP;(Q+qTx  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 AT Zhr. H  
    co4h*?q  
    远场分析衍射 V2Q$g^X'  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” wJb#g0  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 #(Or|\t  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 %3;Fgky  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) XhzGLYb~I`  
    图4.远场计算对话框
    ',7??Q7j&v  
    t,)N('m}=  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: wbyE;W  
    Wavelength: 0.63 Q~D`cc|]  
    Refractive index: 1.5+0i jo +w>  
    Angle Initial: -90.0 w JwX[\  
    Angle Final: 90.0 1x J TWWj-  
    Number of Steps: 721  q}Z3?W  
    Distance: 100, 000*wavelength ~%u|[$  
    Intensity >Y 1{rSk  
    `[#x_<\t  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 $$Vt7"F  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 rI$`9d  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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