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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: ^b&hy&ag  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 tjZS:@3 Z  
    •光栅布局模拟和后处理分析 &Ai +t2  
    布局layout SM}& @cJ  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 0s4]eEXH  
    图1.二维光栅布局
    d.snD)X  
    N,)rrBD  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 |$T?P*pI.  
    &WbHM)_n  
    步骤: 2$Z4 >!  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ud(w0eX  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 iA2TvP#  
    Wafer Dimensions: 7n#Mh-vq  
    Length (mm): 8.5 -P]onD  
    Width (mm): 3.0 5N>L|J2  
    kKQD$g.z6  
    2D wafer properties: `?N|{kb  
    Wafer refractive index: Air _T^@,!&  
    3 点击 Profiles 与 Materials. QswFISch  
    AQ-R^kT  
    在“Materials”中加入以下材料 cMUmJH  
    Name: N=1.5 R*"zLJP  
    Refractive index (Re:): 1.5 E-rGOm" m  
    ?cr^.LV|h^  
    Name: N=3.14 GQkI7C  
    Refractive index (Re:): 3.14 *fDhNmQ `  
    ECOzquvM  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: e=6C0fr  
    Name: ChannelPro_n=3.14 }5gQ dj[Y  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ! "^//2N+,  
    g<4@5OQKu  
    Name: ChannelPro_n=1.5 O ~bzTn  
    2D profile definition, Material: n=1.5 LZpqv~av  
    :jWQev"/  
    6.画出以下波导结构: ,|R\ Z,s  
    a. Linear waveguide 1 [{-;cpM \  
    Label: linear1 k5Df9 7\s  
    Start Horizontal offset: 0.0 W GMEZx  
    Start vertical offset: -0.75 sU?%"q  
    End Horizontal offset: 8.5 7OZjLD{ID  
    End vertical offset: -0.75 6c#1Do(W+  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Pu]Pp`SP  
    Width: 1.5 H|!|fo-Tx  
    Depth: 0.0 o7@81QA!e  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 y}lqF8s  
    ?F%,d{^  
    b. Linear waveguide 2 ]OA8H[U-eA  
    Label: linear2 7N fA)$  
    Start Horizontal offset: 0.5 k'{Bhi4  
    Start vertical offset: 0.05 20RISj  
    End Horizontal offset: 1.0 Z:%~Al:  
    End vertical offset: 0.05 Bt-2S,c,o  
    Channel Thickness Tapering: Use Default z)y{(gR  
    Width: 0.1 n|I5ylt  
    Depth: 0.0 e/!xyd  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 g)~"-uQQ  
    )KD*G;<O]L  
    7.加入水平平面波: 5@@ilvwzz  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: sq'bo8r  
    Input field Transverse: Rectangular 0W >,RR)  
    X Position: 0.5  HO =\  
    Direction: Negative Direction _0e;&2')  
    Label: InputPlane1 r5aOQ  
    2D Transverse: z0-`D.D@\  
    Center Position: 4.5 CrI:TB>/ "  
    Half width: 5.0 2_Otv2  
    Titlitng Angle: 45 9TbRrS09  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 .~dNzonq  
    图2.波导结构(未设置周期)
    V17SJSC-  
    1$ 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。 ?Q%X,!~ \:  
    将Linear2代码段修改如下: 5QUL-*t  
    Dim Linear2 Z |CL:)h  
    for m=1 to 8 $Q< >M B7  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) DF!*S{)  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 "_  i:  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ^8eu+E.{  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" E#m|Sq  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" }&O}t{gS*  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" a$ FO5%o  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" `8D}\w<eI  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True %gE*x #  
    z<9wh2*M  
    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。 &!5S'J %  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    m3E`kW |  
    iSg^np  
    设置仿真参数 (^).$g5Hg  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 <*5 5d2  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: '6zD`Q  
    TE simulation TY6Q ;BTU  
    Mesh Delta X: 0.015 #?EmC]N7  
    Mesh Delta Z: 0.015 &;]KntxB  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps SV0h'd(b  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 .~t.B!rVSB  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 U sS"WflB  
            其它参数保持默认 %RS8zN  
    运行仿真 a08`h.dyN  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 qmx4hs8sh  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ic(`Ev  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ;Wu6f"+Y#  
    7dbGUbT  
    远场分析衍射 !m<v@SmL\  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ~ '/Yp8 (  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Oq3]ZUVa  
    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 51&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) 14 Toi  
    图4.远场计算对话框
    hiQ #<  
    +1o4l i  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: $vK(Qm  
    Wavelength: 0.63 A, ;V|jv9  
    Refractive index: 1.5+0i 7uW=fkxT  
    Angle Initial: -90.0 LW '3m5  
    Angle Final: 90.0 mW&hUP Rx  
    Number of Steps: 721 ;S.o` z1GI  
    Distance: 100, 000*wavelength yrVk$k#6}  
    Intensity 3BzC'nplm  
    ;*}tbh3;.  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 g#/"3P2 H  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 AkE(I16Uy~  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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