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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: *c3(,Bmw  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 aJdd2,e  
    •光栅布局模拟和后处理分析 m&a.i B  
    布局layout hSr2<?yk  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 8iA[w-Pv  
    图1.二维光栅布局
    G)t_;iNL|  
    ,1&Pb %}  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 L 7VDZCV  
    q!iS Y  
    步骤: Vsw] v  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ]{ ^'{z$i  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ?71?Vd  
    Wafer Dimensions: l1HMH?0|  
    Length (mm): 8.5 xq$(=WPI  
    Width (mm): 3.0 tpPP5C{  
    $lVR6|n  
    2D wafer properties: o^+2%S`]  
    Wafer refractive index: Air rZ'&'#Q  
    3 点击 Profiles 与 Materials. Sqn|  
    ut j7"{'k|  
    在“Materials”中加入以下材料 _@2}zT  
    Name: N=1.5 # 0kVhx7%  
    Refractive index (Re:): 1.5 Jui:Ms  
    aG_@--=  
    Name: N=3.14 wr5ScsNS  
    Refractive index (Re:): 3.14 H?oBax:  
    C-h9_<AwJQ  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: hQ7-m.UZw  
    Name: ChannelPro_n=3.14 /{Mo'.=Z  
    2D profile definition, Material: n=3.14 27J!oin$  
    5-*hAOThg  
    Name: ChannelPro_n=1.5 yxk:5L \A  
    2D profile definition, Material: n=1.5 # RoJD:9  
    $/p0DY  
    6.画出以下波导结构: !WS Y75  
    a. Linear waveguide 1 L h@0|k  
    Label: linear1 ;*u"hIl1/  
    Start Horizontal offset: 0.0 76::X:76  
    Start vertical offset: -0.75 amTeT o]Tg  
    End Horizontal offset: 8.5 _ ck)yY?7  
    End vertical offset: -0.75 \rj>T6  
    Channel Thickness Tapering: Use Default *qa.hqas  
    Width: 1.5 r{cmw`WA/P  
    Depth: 0.0 ;O`ZVB  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 >V%lA3  
    f`<elWgc"  
    b. Linear waveguide 2 kz_gR;"(Z  
    Label: linear2 *c<6 Er>s  
    Start Horizontal offset: 0.5 ^yLhL^Y  
    Start vertical offset: 0.05 YY zUg  
    End Horizontal offset: 1.0 v*";A  
    End vertical offset: 0.05 22OfbwCb  
    Channel Thickness Tapering: Use Default =cR"_Z[8X  
    Width: 0.1 D~ogq]  
    Depth: 0.0 YjCHKI"e  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 CP'b,}Dd?I  
    -=cxUDB  
    7.加入水平平面波: !n7'TM '  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: LwlO)|E  
    Input field Transverse: Rectangular 0Ra%>e(I^  
    X Position: 0.5 9r. h^  
    Direction: Negative Direction /S{U|GBB%r  
    Label: InputPlane1 v!`:{)2C  
    2D Transverse: yJK:4af;.  
    Center Position: 4.5 5,\-;  
    Half width: 5.0 Ct][B{  
    Titlitng Angle: 45 3Ofh#|qc&  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 C: AD ZJL  
    图2.波导结构(未设置周期)
    B[ .$<$}G  
    "4IrW6B $9  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 R-Ys<;  
    将Linear2代码段修改如下: GaCRo7  
    Dim Linear2 `# U<'$  
    for m=1 to 8 Cnr=1E=  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) < z#.J]  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ds9U9t  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ExhK\J  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" }a !ny  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" sWmqx$  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" sYhHh$mwA  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" SBy{sbx4&F  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True gR+P !Eow  
    Y\Z6u)  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 CcTdLq  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    NCdDG  
    v#lrF\G5  
    设置仿真参数 Hu9nJ  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ihJ!]#Fbm  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: H&8~"h6n  
    TE simulation k8\ KCKql  
    Mesh Delta X: 0.015 2Wg:eh  
    Mesh Delta Z: 0.015 ;m7~!m)  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 2 OV$M~  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 a@Vk(3Rx_  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 k`#E#1niN  
            其它参数保持默认 ]- 6q`'?[  
    运行仿真 9OFH6-;6`\  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 F Uz1P  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 >z~_s6#CP  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 u -)ED  
    GSs?!BIC  
    远场分析衍射 ub!l Hl  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” );T&pm:C>  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 (t){o> l  
    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 WJxcJE  
    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) S|xwYaoy%  
    图4.远场计算对话框
    15VvZ![$V  
    M,W-,l ]  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: z;?ztpa@  
    Wavelength: 0.63 )3A+Ell`  
    Refractive index: 1.5+0i bo/<3gR  
    Angle Initial: -90.0 ju5o).!bg  
    Angle Final: 90.0 =`*@OJHH  
    Number of Steps: 721 ]&;In,z  
    Distance: 100, 000*wavelength p Hx$  
    Intensity M)ao}m>  
    V FM!K$_  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 DE7y\oO]  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 $tF\7.e@  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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