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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: 3,p!Fun:r  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 W^<AUT  
    •光栅布局模拟和后处理分析 A"*=K;u/|m  
    布局layout FG${w.e<  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 YdD; Qx#O  
    图1.二维光栅布局
    Z=% j|xE_  
    Le#srr  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 a 4?A 5  
    )WvKRp r  
    步骤: W*LC3B^  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 |lhnCShw  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 JpXv+V  
    Wafer Dimensions: M~zI;:0O  
    Length (mm): 8.5 xh;gAh5n  
    Width (mm): 3.0 CVO_F=;  
    8L[+$g`  
    2D wafer properties: -'c qepC{T  
    Wafer refractive index: Air ;Am3eJa*-  
    3 点击 Profiles 与 Materials. QN8+Uj/zx  
    K+Him] b  
    在“Materials”中加入以下材料 'bbw0aB4  
    Name: N=1.5 45biy(qa  
    Refractive index (Re:): 1.5 aQoB1 qd8  
    @Z/jaAjUC  
    Name: N=3.14 ]v<8 l4p;  
    Refractive index (Re:): 3.14 >FE8CH!W&  
    C2<TR PT  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ^mC~<p P(  
    Name: ChannelPro_n=3.14 5=;cN9M@  
    2D profile definition, Material: n=3.14 gb,ZN^3<-  
    2wpJ)t*PF  
    Name: ChannelPro_n=1.5 2>jk@~Z1:u  
    2D profile definition, Material: n=1.5 !$n@:W/  
    FKL4`GEm  
    6.画出以下波导结构: ]2u   
    a. Linear waveguide 1 <?A4/18K  
    Label: linear1 `GE8?UO-  
    Start Horizontal offset: 0.0 pnu?=.O  
    Start vertical offset: -0.75 J>R $K  
    End Horizontal offset: 8.5 M XW1 :  
    End vertical offset: -0.75 ~Jf(M ^E  
    Channel Thickness Tapering: Use Default `NhG|g  
    Width: 1.5 nHRsr x  
    Depth: 0.0 xy`Y7W=  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 {n>.Y -=  
    W(s5mX,Kv  
    b. Linear waveguide 2 3^KR{N p  
    Label: linear2 l4DBGZB  
    Start Horizontal offset: 0.5 C6c*y\O\7  
    Start vertical offset: 0.05 L%H\|>k`  
    End Horizontal offset: 1.0 4!14: mq  
    End vertical offset: 0.05 /- Gq`9Z  
    Channel Thickness Tapering: Use Default O+&;,R:  
    Width: 0.1 >4@w|7lS  
    Depth: 0.0 `Ku:%~$/  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 6}Y==GP t  
    0;x&\x7K  
    7.加入水平平面波: 9O &]!ga  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: E3a^"V3p  
    Input field Transverse: Rectangular .S:(O+#Gm  
    X Position: 0.5 A*BN  
    Direction: Negative Direction :Y Ls]JI<  
    Label: InputPlane1 ms3"  
    2D Transverse: .hckZx /  
    Center Position: 4.5 2aTq?ZR|8A  
    Half width: 5.0 v,opyTwG|  
    Titlitng Angle: 45 C_3,|Zq?|  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 T0A=vh;S  
    图2.波导结构(未设置周期)
    mm_)=Ipj>  
    ;a|%W4"  
    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。 <:AA R2=  
    将Linear2代码段修改如下: F&`%L#s|  
    Dim Linear2 j#3IF *"  
    for m=1 to 8 -5v{p  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Wlg1t~1=  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 }#tbK 2[  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" xj D$i'V+  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" '=G6$O2  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" j0"4X  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ^PC;fn,I  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" x [vb i  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True B4HMs$>   
    7*K2zu3  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 ,2 xD>+=  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    KtJc9dnX  
    EPwU{*F  
    设置仿真参数 zk1]?  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 tSni[,4Kq  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: D?dS/agA  
    TE simulation -p0*R<t  
    Mesh Delta X: 0.015 > {d9z9O  
    Mesh Delta Z: 0.015 ^:$ShbX"P  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps djoP`r  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 CXGMc)#>f  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 hKh ad8  
            其它参数保持默认 H`k YDp  
    运行仿真 V:t{mu5j  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 e34g=]"  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 :RDk{^b)  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 t(vyi  
    -`\n/"#X6i  
    远场分析衍射 ;y7+Q  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 3 QXsr<  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 zXUB6. e  
    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 9W-" mD;  
    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) *Cp:<M nd  
    图4.远场计算对话框
    g0QYBrp  
    'xG{q+jj'  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ./zzuKO8XK  
    Wavelength: 0.63 ;FuST  
    Refractive index: 1.5+0i KbciRRf!k  
    Angle Initial: -90.0 6)ysiAH?  
    Angle Final: 90.0 U)iBeYW:  
    Number of Steps: 721 ~-G_c=E?  
    Distance: 100, 000*wavelength cb|hIn\>7  
    Intensity !K2QD[x  
    F_ -Xx"  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 ?b}e0C-a  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 sUQ Q/F6  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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