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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: *.DC(2:o!  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 9 r!zYZ`)  
    •光栅布局模拟和后处理分析 JZ:@iI5>+  
    布局layout <kak9 6A  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ;-+q*@sa]  
    图1.二维光栅布局
    D|N4X`T`  
     !+eH8  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 0cd_l 2f#g  
    *MP.YI:h  
    步骤: +$h  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 l/&.HF  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 9a}9cMJ^"  
    Wafer Dimensions: Smr{+m a  
    Length (mm): 8.5 o*S_"  
    Width (mm): 3.0 ghk=` !yKw  
    IS2cU'   
    2D wafer properties: ]~({;;3o-  
    Wafer refractive index: Air , NSf  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ZK5nN9`  
    .%zcm  
    在“Materials”中加入以下材料 3Q=^&o0fl  
    Name: N=1.5 J ^'El^F  
    Refractive index (Re:): 1.5 l<6u@,%s  
    'nmA!s  
    Name: N=3.14 @ZjT_  
    Refractive index (Re:): 3.14 Dac)`/  
    XKoY!Y\  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 6 ':iW~iI  
    Name: ChannelPro_n=3.14 a.Ho>(V/4  
    2D profile definition, Material: n=3.14 r|Ui1f5  
    '! [oLy  
    Name: ChannelPro_n=1.5 Hiyg1  
    2D profile definition, Material: n=1.5 L:z0cvn"  
    xa>| k>I  
    6.画出以下波导结构: ;_o]$hV|  
    a. Linear waveguide 1 |>.Q U3  
    Label: linear1 yvAO"43  
    Start Horizontal offset: 0.0 MdHm%Vx  
    Start vertical offset: -0.75 SmRlZ!%e  
    End Horizontal offset: 8.5 _yg_?GH  
    End vertical offset: -0.75 t]/eCsR  
    Channel Thickness Tapering: Use Default +P/kfY"  
    Width: 1.5 iUx\3d,  
    Depth: 0.0 ,eXtY}E  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ]<;,HGO  
    YH&=cI@  
    b. Linear waveguide 2 __=H"UhWv  
    Label: linear2 k3~9;Z  
    Start Horizontal offset: 0.5 2hh8G5IaQ  
    Start vertical offset: 0.05 Y'v[2s  
    End Horizontal offset: 1.0 z _!ut  
    End vertical offset: 0.05 ARk(\,h  
    Channel Thickness Tapering: Use Default i+_LKHQN  
    Width: 0.1 Y G+|r  
    Depth: 0.0 HA6tGZP*L  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 k6G _c;V  
    FFHq':v  
    7.加入水平平面波: zLI0RI.Pe  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 9d(\/ 7  
    Input field Transverse: Rectangular 9!FX *}dC  
    X Position: 0.5 >Vuvbo   
    Direction: Negative Direction m,l/=M  
    Label: InputPlane1 9&6juL  
    2D Transverse: jc^QWK*q  
    Center Position: 4.5 1b,a3w(:1  
    Half width: 5.0 #6`5-5Ks;  
    Titlitng Angle: 45 7_0 p& 3  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 VF]AH}H8I  
    图2.波导结构(未设置周期)
    f5jl$H.  
    91-bz^=xO  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 aZfMeW  
    将Linear2代码段修改如下: ?J}Q&p.  
    Dim Linear2 7)66e  
    for m=1 to 8 / 3A6xPOg  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) v4$/LUJZp  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 R4?>C-;  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" kaG/8G(  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" NBikYxa  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" lqzt[zgN  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" lu8G $EQI  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" u9lZHh#V-  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True b 2gng}  
    ."Ms7=  
    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。 iD^,O)b  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    nl@an!z  
    RObnu*  
    设置仿真参数 .@1+}0  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 \kADh?phV  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: TpjiKM  
    TE simulation Z6!Up1  
    Mesh Delta X: 0.015 Z!p\=M,%  
    Mesh Delta Z: 0.015 RLF&-[mr3  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps N&9o  1_}  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 k,h602(  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 v.0qE}' |  
            其它参数保持默认 o%d TcoCN  
    运行仿真 @]\fO)\f  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 Fs+ tcr/\[  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 1.hWgWDP  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 @gUp9ZwtH  
    m</m9h8  
    远场分析衍射 V<ESj K8  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” b3(* /KgK  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 )"?4d[ 5  
    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 X/_I2X  
    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) xR7ZqTcw  
    图4.远场计算对话框
    [W[{ 4 Xu  
    KK|w30\f  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: spK8^sh  
    Wavelength: 0.63 A5l Cc b  
    Refractive index: 1.5+0i eJDZ| $  
    Angle Initial: -90.0 KE?t?p  
    Angle Final: 90.0 AFLtgoXn:  
    Number of Steps: 721 r]B8\5|<d  
    Distance: 100, 000*wavelength CH++3i2&  
    Intensity JK,MK|  
    5Xy(za  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ,67Q!/O  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 _nGx[1G( 5  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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