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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: ul f2vD  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 MZJ]Dwt]  
    •光栅布局模拟和后处理分析 k0-G$|QgIp  
    布局layout WQNE2Q  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 Xjio Z  
    图1.二维光栅布局
    Gfp1mev   
    X^9d/}uTa  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 eP.Vd7ky  
    k>jbcSY(z<  
    步骤: \dQx+f&t  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 &k7;DO  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 !R-z%  
    Wafer Dimensions: <"D=6jqZ  
    Length (mm): 8.5 jjM\.KL]  
    Width (mm): 3.0 bI.t <;  
    !2UOC P  
    2D wafer properties: Nc Pgq?3p  
    Wafer refractive index: Air [+m?G4[  
    3 点击 Profiles 与 Materials. G` fC/Le  
    l1U=f]  
    在“Materials”中加入以下材料 D]a<4a 18  
    Name: N=1.5 u]+~VT1C,3  
    Refractive index (Re:): 1.5 ml|W~-6l  
    [YrHA~=U  
    Name: N=3.14 f h#C' sn  
    Refractive index (Re:): 3.14 [%Bf< J<  
     Uo12gIX  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: h7*W *Bd  
    Name: ChannelPro_n=3.14 @yXfBML?]  
    2D profile definition, Material: n=3.14 <<](XgR(  
    r_e7a6  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ^EG\iO2X  
    2D profile definition, Material: n=1.5  c gzwx  
    km^^T_ M/  
    6.画出以下波导结构: 'Jf^`ZT}  
    a. Linear waveguide 1 Y{v(p7pl  
    Label: linear1 9Y>8=#.c  
    Start Horizontal offset: 0.0 DrnJ;Hi"  
    Start vertical offset: -0.75 mC?i}+4>4R  
    End Horizontal offset: 8.5 N>(g?A; Z+  
    End vertical offset: -0.75 ay "'#[  
    Channel Thickness Tapering: Use Default T,xPSN2A*  
    Width: 1.5 kg@>;(V&  
    Depth: 0.0 Ev7J+TmXM  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 -C(b,F%%  
    M?b6'd9f  
    b. Linear waveguide 2 Le<w R  
    Label: linear2 63`{.yZ*z  
    Start Horizontal offset: 0.5 o?1;<gs  
    Start vertical offset: 0.05 M?&h~V1OI~  
    End Horizontal offset: 1.0 2C{H$ A,pW  
    End vertical offset: 0.05 B+^(ktZp@  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 1+-_s  
    Width: 0.1 l]~n3IK"  
    Depth: 0.0 K=!Bh*  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 yaq'Lt`  
    iyj+:t/  
    7.加入水平平面波: '47P|t  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 3^s/bm$g  
    Input field Transverse: Rectangular D]c`B  
    X Position: 0.5 z'uK3ng\hH  
    Direction: Negative Direction U=hlu  
    Label: InputPlane1 #Z6'?p9  
    2D Transverse: ` PYJ^I0  
    Center Position: 4.5 WTImRXK4  
    Half width: 5.0 ,`ZYvF^%  
    Titlitng Angle: 45 Hwo$tVa:=  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ~QvqG{bFB  
    图2.波导结构(未设置周期)
    kP/M< X"  
    aK`@6F,]j  
    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。 Qs9gTBS;  
    将Linear2代码段修改如下: }%Bl>M  
    Dim Linear2 ?wnzTbJN  
    for m=1 to 8 OKF tl  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) J'N!Omz  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 [D*UT#FM  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" H[DUZ,J  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" @6l%,N<fou  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" JyR/1 W  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" vN3Zr34  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ^ bEc6`eE  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True JH:0 L  
    pp7$J2s+j  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 Sm~l:v0%  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    o.q/O)'V u  
    35tu>^_#V  
    设置仿真参数 gY@N~'f;"  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 UI>Y0O  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ~I{n^Q/a  
    TE simulation &ZL3{M  
    Mesh Delta X: 0.015 w`q%#q Rk  
    Mesh Delta Z: 0.015 H,N)4;F<c  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps r\AyN= y  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 /4xki_}  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 SR DXfkoI  
            其它参数保持默认 ;|UF)QGa2  
    运行仿真 7"8hC  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ` AY_2>7  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ss5 m/i7  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 <!pY$  
    y#XbJuN/  
    远场分析衍射 r2k2%nI-J  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” K~22\G`  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 d> {nQF;c  
    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 `[C!L *#,  
    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) bT&: fHc  
    图4.远场计算对话框
    gks{\H]  
    /% kY0 LY  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: JGuN:c$  
    Wavelength: 0.63 ~i`>adJ:  
    Refractive index: 1.5+0i =2@B&  
    Angle Initial: -90.0 Vb9',a?#n  
    Angle Final: 90.0 -YsLd 9^4  
    Number of Steps: 721 \?jeWyo  
    Distance: 100, 000*wavelength +wkjS r`e  
    Intensity IEU^#=n  
    1AU#%wIEP  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 zA[0mkC?$  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 {l |E:>Q2  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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