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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: )SO1P6  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 . KSr@Gz  
    •光栅布局模拟和后处理分析 %nK 15(  
    布局layout _J$p <  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 bKbpI>;[  
    图1.二维光栅布局
    [!|d[  
    {b8Y-  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 3t}o0Ai9  
    ~+NFWNgN  
    步骤: u\\niCNA  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 C{Xk/Er5<  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 "VOW V3Z  
    Wafer Dimensions: 9kiy^0 7G  
    Length (mm): 8.5 lb XkZ,  
    Width (mm): 3.0 G6g=F+X2  
    YSUH*i/%  
    2D wafer properties: HK4`@jYQ  
    Wafer refractive index: Air MnsWB[  
    3 点击 Profiles 与 Materials. =kkA  
    LR?#H)$  
    在“Materials”中加入以下材料 [==Z1Q;=  
    Name: N=1.5 ;DWp>jgy  
    Refractive index (Re:): 1.5 D,R2wNF  
    &wC.?w$  
    Name: N=3.14 [ ESQD5&  
    Refractive index (Re:): 3.14 ?At-   
    G U/k^ Qy  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: !ef)Ra-W  
    Name: ChannelPro_n=3.14 h |  
    2D profile definition, Material: n=3.14 g5HqU2  
    AxQ/  
    Name: ChannelPro_n=1.5 GM92yi!8  
    2D profile definition, Material: n=1.5 aQuy*\$$  
    `Wt~6D e  
    6.画出以下波导结构: `I<|*vW u  
    a. Linear waveguide 1 90I3_[Ii  
    Label: linear1 oW9rl]+  
    Start Horizontal offset: 0.0 `Hu ;Gdj=  
    Start vertical offset: -0.75 U7'oI;C$e  
    End Horizontal offset: 8.5 AV`7> @  
    End vertical offset: -0.75 No+zw%l0E  
    Channel Thickness Tapering: Use Default q+Q)IVaU81  
    Width: 1.5 <C xet~x  
    Depth: 0.0 GDntGTE~sk  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 7 4UE-H)  
    +?'acn  
    b. Linear waveguide 2 9_$Odc%]  
    Label: linear2 -|mRJVl8  
    Start Horizontal offset: 0.5 ;c}];ZU3G  
    Start vertical offset: 0.05 6dlPS{H#U  
    End Horizontal offset: 1.0 Wn5]2D\vkT  
    End vertical offset: 0.05 wtyu"=  
    Channel Thickness Tapering: Use Default !ZdUW]  
    Width: 0.1 p^!p7B`qe.  
    Depth: 0.0 Pl>t\`1:|A  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 N<WFe5  
    c^%k1pae(  
    7.加入水平平面波: FT=>haN  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: f|)t[,c  
    Input field Transverse: Rectangular ^(3k uF  
    X Position: 0.5 [x,&Gwa  
    Direction: Negative Direction hW&UG#PY>  
    Label: InputPlane1 Wi<Fkzj  
    2D Transverse: 2} -W@R  
    Center Position: 4.5 w8Yff[o  
    Half width: 5.0 cCIEG e6  
    Titlitng Angle: 45 I(SE)%!%S  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ~c"c9s+o  
    图2.波导结构(未设置周期)
    +Gko[<  
    (XQG"G%U6W  
    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。 $}@l l^  
    将Linear2代码段修改如下: .67W\p  
    Dim Linear2 J4 <*KL~a  
    for m=1 to 8 *0@e_h  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) !*;)]j  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ~JJv 2  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" p5\b&~ g  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" o <y7Ut  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Y]PZ| G)  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 4-MA!&  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" |8"HTBb\CW  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True he,T\ };  
    rlq8J/0/+  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 6m9Z5:xG  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    )u$A!+fo  
    YAO0>T<F  
    设置仿真参数 iiu\_ a=0b  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 4D8q Gti  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: OP@PB|  
    TE simulation UX6-{ RP  
    Mesh Delta X: 0.015 u}$?r\H'(  
    Mesh Delta Z: 0.015 KQk;:1hW  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps BkcOsJIz  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 g)zy^ aDf  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Gh j[nsoC~  
            其它参数保持默认 0F"xU1z,  
    运行仿真 W!{uEH{%l  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 E7N1B*KI  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 fQ<V_loP.@  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 x ` $4  
     l)?c3  
    远场分析衍射 RxqXGM`4  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ?wmr~j  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 J &c}z4  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 wJ{M&n1H  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) pJ{sBp_$  
    图4.远场计算对话框
    )UWE.o BI  
    3]wV`mD  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: l?ofr*U&-x  
    Wavelength: 0.63 A w83@U  
    Refractive index: 1.5+0i Fd2zvi  
    Angle Initial: -90.0 bY#>   
    Angle Final: 90.0 sC/T)q2  
    Number of Steps: 721 hF6EOCY6D  
    Distance: 100, 000*wavelength mI}'8 .  
    Intensity m~# O ~)  
    pmfyvkLS  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 Jyvc(~x  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 TzVNZDQ`Jl  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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