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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: Rg6>6.fk*  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 bQ)r8[o!  
    •光栅布局模拟和后处理分析 t*x;{{jL#(  
    布局layout uzo}?X#  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ZFzOW  
    图1.二维光栅布局
    {^qc`oF  
    P(4[<'H O  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ?tcbiXRG+  
    !|!V}O  
    步骤: R Q 8okA  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ,d7@*>T&  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 1a<,/N}}t  
    Wafer Dimensions: q\,H9/.0k  
    Length (mm): 8.5 x .q%O1  
    Width (mm): 3.0 %vksN$^  
    g41LpplX  
    2D wafer properties: | @YN\g K;  
    Wafer refractive index: Air Np<Aak  
    3 点击 Profiles 与 Materials. k@2gw]y"  
    82<L07fB  
    在“Materials”中加入以下材料 \Q6Ip@?  
    Name: N=1.5 ':,LZ A8A  
    Refractive index (Re:): 1.5 wFvilF V  
    mVkn~LD:0  
    Name: N=3.14 k\lj<v<vD  
    Refractive index (Re:): 3.14 __9673y  
    Wp'\NFe 8  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ~ce.&C7cR  
    Name: ChannelPro_n=3.14 6/z}-;,W'  
    2D profile definition, Material: n=3.14 TnG"_VK9R  
    ?YS`?Rr  
    Name: ChannelPro_n=1.5 BZj[C=#x  
    2D profile definition, Material: n=1.5 MMf6QxYf  
    y`BLIEI  
    6.画出以下波导结构: uPqPoI>N!  
    a. Linear waveguide 1 0Zq" -  
    Label: linear1 n0m9|T&  
    Start Horizontal offset: 0.0 h{m]n!  
    Start vertical offset: -0.75 O<Kr6+ -  
    End Horizontal offset: 8.5 ;?&;I!  
    End vertical offset: -0.75 3.jwOFH$  
    Channel Thickness Tapering: Use Default %*uqtw8  
    Width: 1.5 }$o%^ "[  
    Depth: 0.0 QIw.`$H+  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 =_XcG!"  
    /L~*FQQK>  
    b. Linear waveguide 2 9\xw}ph  
    Label: linear2 }'{(rU  
    Start Horizontal offset: 0.5 WULj@ds\~  
    Start vertical offset: 0.05 (=X16}n:>  
    End Horizontal offset: 1.0 -L[K1;Xv"  
    End vertical offset: 0.05 JDP#tA3  
    Channel Thickness Tapering: Use Default cqq+#39iC  
    Width: 0.1 DK- =Q~`!  
    Depth: 0.0 _% P%~`?!  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 F-X>| oK>z  
    csV1ki/A  
    7.加入水平平面波: 5 9X|l&/  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: )uaB^L1  
    Input field Transverse: Rectangular jm?mO9p~  
    X Position: 0.5 q^Z\V?  
    Direction: Negative Direction *iR`mZb  
    Label: InputPlane1 QQw^c1@  
    2D Transverse: C]`Y PM5  
    Center Position: 4.5 8 jT"HZB6  
    Half width: 5.0 &sRyM'XI  
    Titlitng Angle: 45 Ia\Nj _-%L  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 #:yZJS9f9  
    图2.波导结构(未设置周期)
    &#;,P :.'  
    qm '$R3g  
    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。 $~-j-0 \m  
    将Linear2代码段修改如下: 4e(@b3y  
    Dim Linear2 oM VJ+#[x  
    for m=1 to 8 lC2xl(#!  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) |&'*Z\*ya  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 jlB3BwG{w  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" P-mrH  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" DXiD>1(q  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 8}0 D?  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" &a:aW;^A7  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Fc]#\d6  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True RS1oPY  
    Yv;aQF"a  
    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。  O~S}u  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    f]lDJ?+ M  
    u>E+HxUJ  
    设置仿真参数 w;_Ds  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 u>eu47"n!  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: F&P)mbz1  
    TE simulation ?( '%QfT  
    Mesh Delta X: 0.015 Y}6)jzBV  
    Mesh Delta Z: 0.015 M{H&5 9v  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 3l^pY18H'  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 aJF`rLm  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 H0HYb\TX?  
            其它参数保持默认 jQDxbkIuzE  
    运行仿真 pg<>Ow5,~l  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 vuAjAeKm  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 V1fPH;  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。  l gC  
    ~!;3W!@(E  
    远场分析衍射 D%A-& =  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” YU`{  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 l\5 NuCgRY  
    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 ?/wloLS47  
    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) pGFocw  
    图4.远场计算对话框
    r3kI'I|bq  
    4D13K.h`O  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: kel {9b=i  
    Wavelength: 0.63 4Y2>w  
    Refractive index: 1.5+0i p .HA `R>  
    Angle Initial: -90.0 d !H)voX  
    Angle Final: 90.0 ox6rR  
    Number of Steps: 721 (nzt}i0  
    Distance: 100, 000*wavelength \ C^D2Z6  
    Intensity ?Y9?x,x  
    B]vj1m`9  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 #cs!`Ngb+  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 :wZZ 1qa  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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