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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: 7r3CO<fb  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 V"gKk$j7  
    •光栅布局模拟和后处理分析 1W.oRD&8j/  
    布局layout ~T9QpL1OJ  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 [Djx@x  
    图1.二维光栅布局
    qfAnMBM1@  
    $B9?>a|{A  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 s7jNRY V  
    GM8>u O  
    步骤: M d Eds|D  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 W}7Uh b  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 *Vb#@O!  
    Wafer Dimensions: B`nI] _  
    Length (mm): 8.5 7F2:'3SQ  
    Width (mm): 3.0 lpB:lRM  
    -=lL{oB1  
    2D wafer properties: ~kpa J'm  
    Wafer refractive index: Air RV]QVA*i  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 3,!IV"_  
    Y[VXx8"p  
    在“Materials”中加入以下材料 xe.f]a  
    Name: N=1.5 ?|`n&HrP  
    Refractive index (Re:): 1.5 wmMn1q0F  
    PktnjdFV  
    Name: N=3.14 U0|bKU  
    Refractive index (Re:): 3.14 2t0VbAO 1{  
    yI!W658$6  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Jv%)UR.]  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ]A\qI>,  
    2D profile definition, Material: n=3.14 cJSwA&  
    J?E!\V&U  
    Name: ChannelPro_n=1.5 B"88 .U}$  
    2D profile definition, Material: n=1.5 4v(?]]X  
    1o_Zw.  
    6.画出以下波导结构: /r&4< @  
    a. Linear waveguide 1 X=Y(,ZR(&  
    Label: linear1 "9~KVILlLu  
    Start Horizontal offset: 0.0 &liFUP?   
    Start vertical offset: -0.75 B 'O1dRj&6  
    End Horizontal offset: 8.5 AjO{c=d  
    End vertical offset: -0.75 )Fqtb;W=  
    Channel Thickness Tapering: Use Default MCXt,`}[  
    Width: 1.5 BHkicb?   
    Depth: 0.0 t82*rC IB{  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 u ^2/:L  
    jCx*{TO  
    b. Linear waveguide 2 6Y.k<oem  
    Label: linear2 ojJu a c4  
    Start Horizontal offset: 0.5 a>ye  
    Start vertical offset: 0.05 %rl<%%T#.M  
    End Horizontal offset: 1.0 TL -AL tG  
    End vertical offset: 0.05 f*m^x7  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 5yW}#W>  
    Width: 0.1 gId :IR  
    Depth: 0.0 $fPiR  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 c*(=Glzn  
    D51O/.:U2  
    7.加入水平平面波: Pc+,iK>  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: hsK(09:J  
    Input field Transverse: Rectangular 8H3O6ro  
    X Position: 0.5 @P=n{-pIW  
    Direction: Negative Direction h9nh9a(2  
    Label: InputPlane1 A~s6~  
    2D Transverse: @te}Asv  
    Center Position: 4.5 wSALK)T1{  
    Half width: 5.0 QdD@[  
    Titlitng Angle: 45 a6d|Ps.\!  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 O "Aeg|  
    图2.波导结构(未设置周期)
    `"xzC $  
    '&]6(+I>  
    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。 zR=g<e1xe  
    将Linear2代码段修改如下: IpKI6[2{`f  
    Dim Linear2 %yR 80mn8  
    for m=1 to 8 # ?u bvSdU  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) kc@ \AZb  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Z ]OX6G  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ZS&lXgo  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" "/hLZl  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" g)<[-Q1  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" \x_$Pu  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" UyMlk  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True K$$%j"s  
    Xs2B:`,hh  
    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。 K=P LOC5  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    +:J:S"G  
    b#S-u }1PE  
    设置仿真参数 `K2vG`c  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 a uve&y"R  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: %VrMlG4hx  
    TE simulation z-nV!#  
    Mesh Delta X: 0.015 Y~OyoNu2  
    Mesh Delta Z: 0.015  sJ_3tjs)  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps D6P/39}W  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 `_{,4oi  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 c[?&;# feV  
            其它参数保持默认 O-+!KXHd[  
    运行仿真 8ePzU c\#  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 1n $  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ^687U,+  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 iz`ys.Fu  
    l-'\E6grdH  
    远场分析衍射 _<)HFg6  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 49B6|!&I  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 OJLyqncw  
    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 mldY/;-H!1  
    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) 9lX+?m~ ~  
    图4.远场计算对话框
    R1:7]z0B  
    9:Z|Z?>?  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: b$B-LvHd1  
    Wavelength: 0.63 :*Z@UY   
    Refractive index: 1.5+0i 8w3Wy<}y  
    Angle Initial: -90.0 VmTgD96  
    Angle Final: 90.0 xQzXl  
    Number of Steps: 721 3^F1hCB  
    Distance: 100, 000*wavelength 2AjP2  
    Intensity &$pA,Gjin\  
    S ^@# %>  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 leJ3-w{ 2  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 5S #6{Y =  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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