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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: gM0^k6bB8  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 :^G;`T`L  
    •光栅布局模拟和后处理分析 [<2#C#P:6  
    布局layout nBVR)|+M  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ]VYv>o`2  
    图1.二维光栅布局
    72YL   
    *%{  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 u:6PAVW?  
    =p1aF/1$I  
    步骤: gK`o ;` ^  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 IQ&o%   
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 =nq9)4o  
    Wafer Dimensions: oj8_e xx  
    Length (mm): 8.5 #[4MwM3  
    Width (mm): 3.0 r35'U#VMk?  
    Q%seV<!/  
    2D wafer properties: 3eqVY0q  
    Wafer refractive index: Air g^CAT1}  
    3 点击 Profiles 与 Materials. IT.'`!T  
    fP6]z y^ *  
    在“Materials”中加入以下材料 CL~21aslI  
    Name: N=1.5 FY^#%0~  
    Refractive index (Re:): 1.5 ^kS44pr\Q  
    uv:DO6 {  
    Name: N=3.14 ]>K02SVT:  
    Refractive index (Re:): 3.14 w&M)ws;$  
    !A.Kb74  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: @IB+@RmL  
    Name: ChannelPro_n=3.14 q ;@:,^  
    2D profile definition, Material: n=3.14 mXX9Aa>  
    /,>@+^1  
    Name: ChannelPro_n=1.5 N|pyp*8Z  
    2D profile definition, Material: n=1.5 m&'z|eN  
    m &U $V  
    6.画出以下波导结构: "S">#.L  
    a. Linear waveguide 1 Yj^| j  
    Label: linear1 rC(-dJkV  
    Start Horizontal offset: 0.0 _` %z  
    Start vertical offset: -0.75 . PzlhTL7  
    End Horizontal offset: 8.5 IT`r&;5  
    End vertical offset: -0.75 =Yxu {]G  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 1I#S?RSb  
    Width: 1.5 Qi_De '@  
    Depth: 0.0 u6~|].j R  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 Q7ez?]j6  
    Vx]{<}(gr  
    b. Linear waveguide 2 +OUYQMmM  
    Label: linear2 DhQYjC[  
    Start Horizontal offset: 0.5 $/sQatic  
    Start vertical offset: 0.05 ;tS4 h  
    End Horizontal offset: 1.0 hRn[ 9B  
    End vertical offset: 0.05 Y)x(+#  
    Channel Thickness Tapering: Use Default t"0Z=`Wi  
    Width: 0.1 \78w1Rkl  
    Depth: 0.0 SX$Nef9p  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 *k$":A  
    /4\!zPPj.  
    7.加入水平平面波: p,y(Fc~]g'  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: k+^-;=u 6<  
    Input field Transverse: Rectangular r?e)2l~C8j  
    X Position: 0.5 3pSkk  
    Direction: Negative Direction *mQOW]x%  
    Label: InputPlane1 OzFA>FK0f;  
    2D Transverse: H];QDix?  
    Center Position: 4.5 v3(W4G`  
    Half width: 5.0 8^3Z]=(Q  
    Titlitng Angle: 45 & j@i>(7  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 7o$4ov;T  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ^L&hwXAO:  
    90%alG 1>y  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 7` ^]:t  
    将Linear2代码段修改如下: Z8 \c'xN  
    Dim Linear2 Nl_Sgyx,\  
    for m=1 to 8 ~]71(u2  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) tlU&p'  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 4Fr0/="H  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ;!(.hCHvr  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ]KMOLe6(  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" i%7b)t[y  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 2}P<}-?6  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ?`Oh]2n)6  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Gc) Zu`67  
    oWVlHAPj  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 u 89u#gCAC  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    4'pg>;*.  
    lgC|3]  
    设置仿真参数 pQaP9Y{OK  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ]p(jL7  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 8$!/Zg  
    TE simulation /8baJ+D"4\  
    Mesh Delta X: 0.015 s1XW}Dw  
    Mesh Delta Z: 0.015 rJJI<{$  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps XfF Z;ul  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 p1p4t40<l  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 7kM_Ijd$  
            其它参数保持默认 ': Gk~   
    运行仿真 (S+tQ2bt  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 I(E1ym  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Ek'  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 v7VJVLH,I7  
    Zg%SE'kK  
    远场分析衍射 2~+Iu +  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” E)%]?/w  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ,L&Ka|N0  
    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 dX0A(6  
    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) @W|}|V5  
    图4.远场计算对话框
    ni gp83:  
    mP GF Y  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 93:s[b mx  
    Wavelength: 0.63 6Gjr8  
    Refractive index: 1.5+0i D .| h0gU  
    Angle Initial: -90.0 VF=$'Bl|  
    Angle Final: 90.0 r7sPFM  
    Number of Steps: 721 Bsw5A7,-  
    Distance: 100, 000*wavelength C\UD0r'p?  
    Intensity +\9Y;N y  
    *nDyB. (  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 FLY#   
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 %"@KuqV  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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