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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: p0}Yo8?OW  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 17w{hK4o8O  
    •光栅布局模拟和后处理分析 z]=Ks_7  
    布局layout JIc9csr:b  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 yA7O<p+  
    图1.二维光栅布局
    X7gB.=\X  
    m |.0$+=  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 )*7{%Ilq  
    SCfk!GBVD  
    步骤: }g[Hi`  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ?DnQU"_$  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 )]Sf|@K]  
    Wafer Dimensions: T~4HeEG>uH  
    Length (mm): 8.5 K)h<#F  
    Width (mm): 3.0 nFro#qx  
    {7v|\6@e3  
    2D wafer properties: rxZk!- t)L  
    Wafer refractive index: Air FRQkD%k  
    3 点击 Profiles 与 Materials. D>`{f4Y  
    %f(4jQ0I  
    在“Materials”中加入以下材料 1k"i"kRM  
    Name: N=1.5 {3!A \OR  
    Refractive index (Re:): 1.5 YeB C6`7y  
    )5Cqyp~P  
    Name: N=3.14 Cn.dv-  
    Refractive index (Re:): 3.14 '8I=Tn  
    H D,6  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: b0tbS[j  
    Name: ChannelPro_n=3.14 715J1~aRNr  
    2D profile definition, Material: n=3.14 jT;'T$  
    j9cB<atL  
    Name: ChannelPro_n=1.5 WJ 'lYl0+7  
    2D profile definition, Material: n=1.5 O_5;?$[m  
    PC%_^BDW  
    6.画出以下波导结构: 'SIc2H  
    a. Linear waveguide 1 :MH=6  
    Label: linear1 'OMl9}M  
    Start Horizontal offset: 0.0 7mb5z/N  
    Start vertical offset: -0.75 sr~VvciIy  
    End Horizontal offset: 8.5 D^{jXNDNO  
    End vertical offset: -0.75 h[ C XH"  
    Channel Thickness Tapering: Use Default !=+;9Ry$z  
    Width: 1.5 ! e?=g%(  
    Depth: 0.0 *6v5JH&K  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 F-$NoEL  
    p%OVl[^jp  
    b. Linear waveguide 2 %,d+jBM  
    Label: linear2 d 5h x%M  
    Start Horizontal offset: 0.5 >q&e.-qL  
    Start vertical offset: 0.05 -{yG+1  
    End Horizontal offset: 1.0 cL"Ral-qB  
    End vertical offset: 0.05 ux[13]yY  
    Channel Thickness Tapering: Use Default za8+=?  
    Width: 0.1 M@0S*[O{"  
    Depth: 0.0 rPHM_fW(O@  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 swhtlc@@  
    cr^R9dv  
    7.加入水平平面波: lI5>d(6p  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: q?f-h<yRQ  
    Input field Transverse: Rectangular @*$"6!3s5  
    X Position: 0.5 #;"lBqxY`  
    Direction: Negative Direction O:dUzZR['  
    Label: InputPlane1 ldG$hk'  
    2D Transverse: 8#Y_]Z?)  
    Center Position: 4.5 pFwe&_u]  
    Half width: 5.0 ;uuBX0B  
    Titlitng Angle: 45 XK(aH~7xme  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 O@rZ ^Aa  
    图2.波导结构(未设置周期)
    =e6!U5 f  
    v/`#Gu^P  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 G2J4N2hu  
    将Linear2代码段修改如下: 1ay{uU!EL  
    Dim Linear2 =1mIk0H`  
    for m=1 to 8 Fk?KR  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) D6EqJ,~  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 y!\q ', F  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 0LP>3"Sm  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" o:Tpd 0F  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 5WtI.7r  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" J!zL)u|  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" <Oj'0NK-  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True r;fcBepO  
    N&u(9Fxn  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 X-%91z:o58  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    o^BX:\}  
    PC)V".W 1  
    设置仿真参数 yGb^kR}d  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 SLud}|f;o  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: lq27^K  
    TE simulation 4WQ 96|F  
    Mesh Delta X: 0.015 {d,^tG}  
    Mesh Delta Z: 0.015 4Y@q.QP  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps & )EL%o5  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 8p~|i97W]!  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 'Ub\8<HfJU  
            其它参数保持默认 cHwN=mg]S  
    运行仿真 7L!q{%}  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 =5h ,ZB2A  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 QST-!`]v  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 %#7^b=;=  
    rVnolA*%  
    远场分析衍射 DZ5h<1  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” a3BlydSlf  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 0ac'<;9]zP  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 `I5So-^&z  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) *&W1|Qkg_  
    图4.远场计算对话框
    L$f:D2Ei  
    )`m/vYKWL  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: P/dT;YhL  
    Wavelength: 0.63 Pv3 e*I((  
    Refractive index: 1.5+0i _ud !:q  
    Angle Initial: -90.0 [b@9V_  
    Angle Final: 90.0 w Yr M2X@  
    Number of Steps: 721 %XZdz =B  
    Distance: 100, 000*wavelength *lp{,  
    Intensity ~g;lVj,N'  
    k #/%#rQM  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 T@DT|lTI  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ldWr-  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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