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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: |\QR9>  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 $nn~K  
    •光栅布局模拟和后处理分析 LvWU %?  
    布局layout T d;e\s/]  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 rFx2 S  
    图1.二维光栅布局
    #> CN,eiZ  
    .kC}. Q_  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ,<EmuEw |  
    d[~c-G6  
    步骤: J3:P/n&  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 P? 9CBhN  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ]VwAHT&je  
    Wafer Dimensions: jQb=N%5s  
    Length (mm): 8.5 7]nPWz1%*  
    Width (mm): 3.0 jb7=1OPD_  
    5&}icS  
    2D wafer properties: *r-Bt1  
    Wafer refractive index: Air ]G1j\wnF  
    3 点击 Profiles 与 Materials. n|,Es!8:o  
    UD9h5PgT  
    在“Materials”中加入以下材料 dtF6IdAf  
    Name: N=1.5 yLDHJ}R  
    Refractive index (Re:): 1.5 etTuukq_Z  
    ]6:5<NW  
    Name: N=3.14 3_h%g$04 s  
    Refractive index (Re:): 3.14 fLD9RZ8_  
    :+R5"my  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 9txZ6/  
    Name: ChannelPro_n=3.14 qh2.N}lW  
    2D profile definition, Material: n=3.14 {#[a4@B0  
    W2<X 5'  
    Name: ChannelPro_n=1.5 0(i`~g5  
    2D profile definition, Material: n=1.5 qHKZ5w  
    rW`F|F%  
    6.画出以下波导结构: N$y4>g  
    a. Linear waveguide 1 RtIc:ym  
    Label: linear1 7Ru0>4B  
    Start Horizontal offset: 0.0 ITsJjcYw  
    Start vertical offset: -0.75 }2\"(_  
    End Horizontal offset: 8.5 #-@{rgH  
    End vertical offset: -0.75 -"cN9RF  
    Channel Thickness Tapering: Use Default [ =9R5.)c  
    Width: 1.5 $< aBawLZO  
    Depth: 0.0 QqwX Fk  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 `Ch6"= t  
    a6]!4  
    b. Linear waveguide 2 +]>a`~   
    Label: linear2 \;?\@vo<  
    Start Horizontal offset: 0.5 q6ikJ8E8b  
    Start vertical offset: 0.05 <]9MgfAe  
    End Horizontal offset: 1.0 m_Rgv.gE^  
    End vertical offset: 0.05 y^nR=Q]_  
    Channel Thickness Tapering: Use Default )8<X6  
    Width: 0.1 9:Y:Vx  
    Depth: 0.0 iM9563v  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 (8*lLZ  
    pP r<8tm[  
    7.加入水平平面波: ko:I.6-K  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: <G&v  
    Input field Transverse: Rectangular 7d<v\=J}  
    X Position: 0.5 ]u,~/Gy  
    Direction: Negative Direction <VBw1|)$@  
    Label: InputPlane1 x)?\g{JH  
    2D Transverse: ry T8*}o  
    Center Position: 4.5 Q?tV:jogY  
    Half width: 5.0 g|zK%tR_P  
    Titlitng Angle: 45 M ?3N  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ,qfa,O  
    图2.波导结构(未设置周期)
    7 dzE"m  
    VsmL#@E  
    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。 dL\8^L  
    将Linear2代码段修改如下: MCCZh{uo  
    Dim Linear2 K@i*Nl  
    for m=1 to 8 y8 Nb 8m  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) R#`itIYh  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 j*zK"n  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" N:<O  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 5_`}$"<~  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" J#kdyBmuO  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" G<z)Ydh_  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 7X|r';"?i  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True xHG oCFB  
    yRznP)  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 nT12[@:Tr  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    3/AUV%+  
    w=`z!x![/  
    设置仿真参数 wI4;/w>  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 k$c j|-<  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: H6I #Xj  
    TE simulation V4-=Ni]k  
    Mesh Delta X: 0.015 F[u%t34'  
    Mesh Delta Z: 0.015 jQb D2x6(  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps AH`15k_i  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 6:,^CI|@ t  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 6ZR0_v;TD  
            其它参数保持默认 _E;Y ~I,i  
    运行仿真 ETOc4hMO  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 NM@An2  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 FNuu',:  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 w b[(_@eZ  
    mc'p-orAf  
    远场分析衍射 _Pkh`}W:  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” dO[4}FZ$  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 u\xm8}A  
    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 (Pd>*G\  
    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:YL<_oI|  
    图4.远场计算对话框
    f 99PwE(=  
    &w0=/G/T=~  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Elp!,(+&6  
    Wavelength: 0.63 b0X[x{k"  
    Refractive index: 1.5+0i udFju&!W  
    Angle Initial: -90.0 G C'%s  
    Angle Final: 90.0 ?U08A{ c  
    Number of Steps: 721 "^z=r]<5  
    Distance: 100, 000*wavelength E<uOk  
    Intensity !j9i=YDb  
    P;%QA+%7  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 n*~   
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 kW&Z%k  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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