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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: , MU9p*  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 7j%sM&  
    •光栅布局模拟和后处理分析 9i#K{CkC|  
    布局layout ]lzOz<0q  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 @GE:<'_:{  
    图1.二维光栅布局
    *g/@-6  
    V3}$vKQ  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 MFLw^10(T  
    `pd1'5Hm  
    步骤: 7q:  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 vW4N[ .+  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 {v}jV{'^um  
    Wafer Dimensions: ^o*$+DbC  
    Length (mm): 8.5 64qQ:D7C  
    Width (mm): 3.0 4WV)&50  
    $Uxg$pqO  
    2D wafer properties: hTbot^/  
    Wafer refractive index: Air t ~"DQq E  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ) BLoj:gYn  
    \78kShx  
    在“Materials”中加入以下材料 hKW!kA =gZ  
    Name: N=1.5 @Ao E>  
    Refractive index (Re:): 1.5 I Ux svW+  
    4i o02qd 4  
    Name: N=3.14 R!LKGiN  
    Refractive index (Re:): 3.14 uP[:P?,t  
    8RR6f98FF  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: XS/5y(W  
    Name: ChannelPro_n=3.14 h8_~ OX  
    2D profile definition, Material: n=3.14 _Uz}z#jt  
    f*SAbDE  
    Name: ChannelPro_n=1.5 c F (]`49(  
    2D profile definition, Material: n=1.5 L)ry!BuHI  
    q<cpU'-#  
    6.画出以下波导结构: DweWFipyPi  
    a. Linear waveguide 1 1"CbuV 6  
    Label: linear1 O(E-ox~q  
    Start Horizontal offset: 0.0 oWUDTio#[  
    Start vertical offset: -0.75 s~6irf/  
    End Horizontal offset: 8.5 'u2Qq"d+  
    End vertical offset: -0.75 bz? *#S  
    Channel Thickness Tapering: Use Default \;A\ vQ[  
    Width: 1.5 C&'Y@GE5  
    Depth: 0.0 "V`MNZ  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 Ma3Hn  
    $0zH2W  
    b. Linear waveguide 2 XDJQO /qN  
    Label: linear2 Aq{m42EAj  
    Start Horizontal offset: 0.5 []M+(8Z_P  
    Start vertical offset: 0.05 O({-lI  
    End Horizontal offset: 1.0 }?Y+GT"E  
    End vertical offset: 0.05 s"|N-A=cS  
    Channel Thickness Tapering: Use Default HiG&`:P>q  
    Width: 0.1 :8aIj_qds  
    Depth: 0.0 a;Y9wn  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 `v)-v<  
    E 2DTE  
    7.加入水平平面波: ]eq3cwR[|  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Om0S^4y]x  
    Input field Transverse: Rectangular ;.h5; `&  
    X Position: 0.5 yXw xq(32  
    Direction: Negative Direction .n`MPx'  
    Label: InputPlane1 pz^"~0o5  
    2D Transverse: EQ>bwEG  
    Center Position: 4.5 %;PPu$8K9  
    Half width: 5.0 +* )Qi)  
    Titlitng Angle: 45 +-#| M|a  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 RS/%uxS?  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ? F f w'O  
    ]IJ.}  
    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。 q#PGcCtu  
    将Linear2代码段修改如下: zq]V6.]J  
    Dim Linear2 "O|fX\}5  
    for m=1 to 8 N1(}3O  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) v.v3HB8p  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 c uquA ~  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" g m],  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" M)EUR0>8  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ~%Yh`c EP  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" rsP-?oD8)  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" K"b vUH  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True qTyU1RU$9^  
    Qq]UEI `Go  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 N &p=4  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    3g|O2>*?  
    !,\9,lc  
    设置仿真参数 i`8!Vm  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 jO:<"l^+u  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 8N-~.p  
    TE simulation #>ci!4Gz=Z  
    Mesh Delta X: 0.015 T:.J9  
    Mesh Delta Z: 0.015 %v~j10e  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps x_Ais&Gc  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 eB$v'9S8/  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 on&N=TN  
            其它参数保持默认 Gh|1%g"gm  
    运行仿真 p dnL~sv  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ^#^u90I  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ^ad> (W  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 gYzKUX@  
    ocgbBE  
    远场分析衍射 7P|(j<JX6'  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 4 <]QMA0  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 xI:;%5{LN  
    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 {/0,lic  
    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) nI_Zk.R  
    图4.远场计算对话框
    )cs y^-qw  
    ,}FYY66K  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: n{' [[2U  
    Wavelength: 0.63 9'5,V{pj  
    Refractive index: 1.5+0i B4|% E$1+  
    Angle Initial: -90.0 s:]rL&|  
    Angle Final: 90.0 .=@M>TZM  
    Number of Steps: 721 q}\\p  
    Distance: 100, 000*wavelength @MB;Ez v  
    Intensity 5E!|-xD  
    ? ! 1uw  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 Fsq S)  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Cq(Xa-  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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