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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: b(K.p?bt  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 i^="*t\i  
    •光栅布局模拟和后处理分析 nhQ.U>&-M  
    布局layout J:p nmZ`X  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ^!E;+o' t  
    图1.二维光栅布局
    0+M1,?+GfF  
    @v@'8E Q  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 $ 'HiNP {c  
    &)<]AG.vd!  
    步骤: E70  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Q >)?_O(  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 7ugmZO}lL  
    Wafer Dimensions: )` '  
    Length (mm): 8.5 TkmN.@w_C  
    Width (mm): 3.0 `Fu|50_@V  
    nvgo6*  
    2D wafer properties: !|,=rM9x  
    Wafer refractive index: Air ~r&Q\G  
    3 点击 Profiles 与 Materials. H;Z{R@kf  
    <&b ~(f  
    在“Materials”中加入以下材料 @q[-,EA9  
    Name: N=1.5 l AE$HP'o  
    Refractive index (Re:): 1.5 [Zi\L>PHO  
    sRt|G  
    Name: N=3.14 tE<L4;t  
    Refractive index (Re:): 3.14 Lp1wA*  
    u&r @@p.  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: !>gc!8Y'o  
    Name: ChannelPro_n=3.14 oa1&9  
    2D profile definition, Material: n=3.14 RSzp-sKB  
    GsE?<3  
    Name: ChannelPro_n=1.5 q{n~s=  
    2D profile definition, Material: n=1.5 e7pN9tXGf  
    7q$9\RR5  
    6.画出以下波导结构: /8J2,8vZ  
    a. Linear waveguide 1 )<IbQH|_  
    Label: linear1 K ,+`td#  
    Start Horizontal offset: 0.0 ?W%3>A  
    Start vertical offset: -0.75 rx|/]NE;  
    End Horizontal offset: 8.5 ",Ek| z  
    End vertical offset: -0.75 6L'cD1pu  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ~8}"X] 4  
    Width: 1.5 ~O |j*T  
    Depth: 0.0 At+on9&=  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 F''4j8  
    8t9sdqM/C  
    b. Linear waveguide 2 NM[w=  
    Label: linear2 QF!K$?EU[  
    Start Horizontal offset: 0.5 :t^=~xO9  
    Start vertical offset: 0.05 Ho\K %#u  
    End Horizontal offset: 1.0 LEHlfB#z`@  
    End vertical offset: 0.05 |;9OvR> A  
    Channel Thickness Tapering: Use Default $N:m 9R  
    Width: 0.1 BRD>q4w  
    Depth: 0.0 nLdI>c9R  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 >(:KEA  
    U>ob)-tl  
    7.加入水平平面波: D-~HJ  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ]V><gZ  
    Input field Transverse: Rectangular 93[`1_q7\  
    X Position: 0.5 HPtaW:J  
    Direction: Negative Direction )<-kS  
    Label: InputPlane1 ;)c SdA9  
    2D Transverse: #^xiv/ sV  
    Center Position: 4.5 LW ntZ.  
    Half width: 5.0 $].< /  
    Titlitng Angle: 45 _EjS(.e/=  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 z$%ntN#eNA  
    图2.波导结构(未设置周期)
    eEezd[p  
    cg$7`/U  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 %+>I1G  
    将Linear2代码段修改如下: PyzW pf  
    Dim Linear2 sL+/Eeb` c  
    for m=1 to 8 U%w ?muJW  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) l$)pCo  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 "4n_MV>p  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 1u)I}"{W>  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" T"dWrtO  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" V"T;3@N/4  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" V..m2nQj  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" |]\qI  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True {jggiMwo.v  
    d=H C;T)  
    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。 4+ yd/^S  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    cz&FOP+!  
    ~;Xdz/  
    设置仿真参数 }g>&l.2X  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 SijC E~P  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 4*F+-fu  
    TE simulation <=^YIp  
    Mesh Delta X: 0.015 vF1] L]z:?  
    Mesh Delta Z: 0.015 khW3z*e#  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps z4_>6sf{  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 9K FWa0G  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 `6Y'H2WJ?  
            其它参数保持默认  mEhVc!  
    运行仿真 Eh8.S)E  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 611:eLyy&l  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 `4(k ?Pk2  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 YadyRUE  
    a?\ Au  
    远场分析衍射 ;Fp"]z!Qh+  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 5I t+ S+a  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 (MwB% g  
    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 MP0gLi  
    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 :9zz  
    图4.远场计算对话框
    f>l}y->-Ug  
    k((_~<$2K  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: :|N5fkhN  
    Wavelength: 0.63 </qXKEu`_  
    Refractive index: 1.5+0i &YqgMC  
    Angle Initial: -90.0 L[Tr"BW  
    Angle Final: 90.0 uK3,V0 yz  
    Number of Steps: 721 0j_`7<,:  
    Distance: 100, 000*wavelength oy#Qj3M8=  
    Intensity NfDg=[FN[  
    U6n%rdXJ=  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 PHZA?>Q7Z  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 O6l j^  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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